Пуэ повторное заземление нулевого провода: Повторное заземление нулевого провода на вводе в здание, правила ПУЭ, защитное заземление опор — ИНВЕСТИЦИОННЫЙ ПОРТАЛ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

15.11.1974

Содержание

Повторное заземление нулевого провода на вводе в здание, правила ПУЭ, защитное заземление опор

В современном мире трудно представить жизнь человека без электроприборов. Количество их в домах велико, и чтобы обеспечить необходимую безопасность их использования, требуется осуществить защитные меры от случайного поражения электрическим током. Одна из таких мер состоит в устройстве повторного заземления.

Основные виды

Защитное заземление позволяет защитить человека от удара током, если на корпусе прибора или установки случайно возникает напряжение. Опасный потенциал снимается либо обеспечивается срабатывание электрических защитных устройств с минимальным запаздыванием.

Естественными заземлителями считаются любые металлические предметы, которые находятся в земле. Устанавливающими норму документами не рекомендуется использование естественных проводников, потому что невозможно учесть такую величину, как сопротивление растеканию тока в грунте от них.

Искусственными заземлителями считаются устройства с заранее рассчитанными параметрами, специально созданные для сооружения заземления.

Глухое погружение нейтрали

Системы заземления разделяют на две большие группы: с глухо заземленной нейтралью и с изолированной. В схеме первого типа нейтральный проводник (обозначается N) всегда заземлен и может быть независимым от защитного PE-проводника, а может соединяться с ним, образуя PEN-проводник.

Если нейтральный провод объединен с защитным проводником, он образует систему TN-C, если проводиться отдельно − систему TN-S, в случае, когда объединен на подстанции с защитным проводником, а при входе в здание разделяется на два проводника – защитный PE и функциональный N, образуется система TN-C-S. Еще одним видом является система, при которой нейтральный проводник заземляется на подстанции и к потребителю трехфазный ток поступает по четырем проводам, одним из которых является ноль N. Это − система TT.

Применение системы TN-C

Система TN-C широко использовалась ранее при так называемой двухпроводной сети. В этом случае в розетках отсутствовал заземленный контакт. В сетях, сконструированных по этой системе, заземлялся нулевой провод, но при обрыве его, все приборы оставались под напряжением. Это вынуждало заземлять корпуса каждого отдельного электроприбора. В современных строящихся зданиях эта система не проектируется. Используется только в старых зданиях.

Применение системы TN-S

Система TN-S более совершенна, обладает высокой степенью электробезопасности, так как имеет отдельный заземленный проводник, но стоимость ее неоправданно высока. При трехфазном питании приходится прокладывать от источника пять проводов – три фазы, нейтраль и защитный проводник PE.

Для устранения недостатка системы TN-S была создана TN-C-S. Она предусматривает один проводник PEN, который представляет собой общий провод, заземленный по всей длине от источника питания до ввода в здание, а перед вводом разделяется на нейтраль N и защитный проводник PE. Эта система тоже имеет весомый недостаток. При повреждении проводника PEN на протяжении участка от подстанции до здания, все подключенные внутри здания приборы остаются под опасным напряжением. Для этой системы ПУЭ (Правила устройства электроустановок) требуют проведения мероприятий по устройству дополнительной защиты проводника PEN от механических повреждений.

Тип заземления ТТ

Система ТТ используется для подачи электричества за городом и в сельской местности по линиям электропередач, устанавливаемым на опорах. Подключение электроустановок по этой системе разрешается лишь в том случае, если невозможно обеспечить все условия электробезопасности в системе TN и избежать при этом неоправданных материальных затрат. При контакте с электроприборами защита от тока должна осуществляться путем отключения питания в цепи. Для этого правилами предписываются специальные изделия – устройства защитного отключения – УЗО.

Изолированный нейтральный проводник

Во втором варианте нейтральный провод совершенно не заземлен, или может быть связан с землей через установочные устройства, имеющие очень большое сопротивление. Такие системы применяют для ответственных объектов, например в медучреждениях для питания оборудования, используемого при поддержании жизнеобеспечения, на энергетических и нефтеперерабатывающих предприятиях. Нейтраль, изолированная от заземляющего провода, защищена от возникновения наведенных токов. Заземление идет по отдельной шине, к которой подключены все заземляющие контакты в розетках.

Назначение и устройство

При изготовлении заземления по принципам вышеописанных систем, при обрыве заземленных проводников на корпусах электроприборов всегда существует возможность возникновения опасного напряжения, поэтому в таких системах ПУЭ регламентируют обязательное наличие повторного заземления в сетях.

Главной задачей, которая стоит при монтаже повторного заземления, является понижение напряжения, возникающего при касании открытых токопроводящих элементов электроприборов. Вследствие этого при замыкании на землю или на токопроводящие элементы корпуса, уменьшается вероятность получить травму от действия электрического тока.

Если смонтировано повторное заземление, то происходит следующее. При замыкании на корпусе отдельного электроприбора ток частично проходит в земле. В результате разность потенциалов между корпусом и землей уменьшается, и пользователь становится защищенным от удара током.

При реализации системы TN-C выполняется повторное заземление нулевого провода. Оно производится путем связывания проводника с землей через определенные интервалы и применяется вместе с основным контуром заземления.

В системе TN-C-S оно представляет собой повторное заземление нулевого защитного проводника PEN перед вводом в здание. Получается, что при обрыве проводника на участке «источник-здание» эффект заземления осуществляется через заземленный PE провод.

На вводе в электроустановку напряжением до 1 кВ обязательно монтируют повторное заземление, чтобы увеличить степень безопасности.

Повторное заземление на вводе в здание, независимо от его устройства, устанавливают еще и для того, чтобы исключить занос в цепи электротехники дома наведенных токов через внешние коммуникации. К тому же оно уменьшает потенциал на корпусе электроприборов, если вдруг оборвался N-проводник.

Линии электропередач

При использовании системы ТТ принцип повторного заземления реализуется путем соединения нулевого провода, расположенного на опоре линии электропередач с землей. Осуществляется заземление всех опор. Одновременно заземляются все стальные кронштейны, на которых закреплены изоляторы фазных проводов.

Необходимо устраивать повторное заземление на концах линий электропередач или на ответвлениях длиною 200 и больше метров. Для создания контура в первую очередь применяют естественные заземлители.

Совместимость с устройствами отключения

Все сказанное выше о повторном заземлении, как об одной из мер для повышения уровня безопасности при эксплуатации электроустановок, будет справедливо в том случае, если цепи в электроустановках защищены автоматами и предохранителями. При этом характеристики устройств отключения должны выбираться в соответствии с параметрами сети, полезной нагрузки.

Важно правильно выбрать материал и сечение проводников, как нулевого, так и заземляющего. Если в них возникнет ток короткого замыкания, то он должен минимум в 3 раза превышать порог срабатывания автоматики или других защитных приспособлений.

Нулевой провод делают непрерывным по всей длине от каждого корпуса до нейтрали источника питания. Для соединения всех деталей этом участке применяют сварку. Присоединение к нейтрали допускается при помощи сварки или на болтах.

Важная характеристика – сопротивление

Контур повторного заземления обеспечивает в морозы и жару, в сухую и дождливую погоду сопротивление растеканию тока. Данное сопротивление не должно превышать 30 Ом при межфазном напряжении 380 В. Если напряжение 220 В, то сопротивление увеличивается до 60 Ом. Противодействие растекающемуся току должно быть максимум 10 Ом и 20 Ом соответственно для трехфазной и двухфазной сети.

При вводе в строение сопротивление у повторного заземления должно быть максимум 30 Ом.

Конструкция и материалы, используемые для контура повторного заземления одинаковы с применяемыми материалами для устройства основного заземляющего контура.

Качественное, выполненное с учетом всех норм и правил, повторное заземление обеспечит не только безопасность использования электроустановок, но и нормальный режим работы электроприборов, что позволит эксплуатировать их в соответствии с заявленными техническими характеристиками, повысить их функциональность и увеличить срок службы.

Повторное заземление — для чего оно нужно и как оно устроено?

Повторное заземление — неотъемлемая часть общей системы заземления. Его используют для заземления нулевого защитного провода РЕ и РЕN электрических сетей до 1000 Вольт в системе ТN с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

Для устройства повторного заземления используют естественные заземлители. Сопротивление естественных заземлителей ничем не определяется и в любое время его значение может измениться, поэтому применяют искусственное заземление с заранее определенными параметрами.

Монтаж такого устройства нужен для снижения опасности поражения электрическим током людей, находящихся в непосредственной близости от электроустановок. Повторное заземление монтируют на вводе в здание, где находится электроустановка.

При наличии такого устройства в аварийных ситуациях напряжение на корпусах электроустановок и электроприборах уменьшается. Разность потенциалов между землей и корпусом электроустановки снижается, а человек, касающийся корпуса электроприбора, становится защищенным от поражения электрическим током.

Применение системы TN

Для электроснабжения основной части промышленных электроустановок до 1000 Вольт, жилых домов и квартир используется система ТN. Для надежного срабатывания аппаратов защиты и повышения электробезопасности необходимо выполнять заземление нулевого провода.

Система ТN подразделяется на следующие типы:

ТN-C, когда нулевой рабочий проводник N объединен с нулевым защитным проводником РЕ.
TN-S, когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводник на подстанции разделены.
TN-C-S, когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники на подстанции объединены, а при вводе в здание электроустановки разделяются на два проводника.

Применение системы TN-С

Эта система заземления была и остается самой распространенной в стране. При такой системе на подстанции заземляется нейтраль трансформатора. Нулевой проводник присоединяется к заземленной нейтрали на подстанции. В этом случае нулевой проводник выполняет функции рабочего и защитного проводников и называется РЕN-проводником.

Электропитание электроустановок осуществляется двумя жилами при однофазном питании или четырьмя жилами при трехфазном питании. При применении системы TN-С в электророзетках отсутствует заземляющий контакт, а корпуса всех промышленных электроприборов и электроустановок на производстве зануляются.

Недостаток системы в угрозе поражения электрическим током при обрыве нулевого проводника. Достоинство — недорогой электромонтаж. По правилам устройства электроустановок на смену системе TN-C пришли другие, более безопасные системы — TN-S и TN-C-S.

Применение системы TN-C-S

Система TN-C-S — основная для применения в соответствии с ПУЭ. В ней от трансформаторной подстанции до ввода в здание используется объединенный проводник РЕN, который на вводе в здание присоединяется к повторному заземлению и разделяется на рабочий проводник N и на защитный проводник РЕ.

Такое разделение осуществляется, как правило, в главном электрощите промышленного объекта или жилого здания. Далее, после главного электрощита, по зданию проводники N и РЕ разделены. В этом случае электророзетки имеют заземленный контакт, к которому присоединяется РЕ-проводник.

Система TN-C-S наиболее оптимальна с точки зрения цены и электробезопасности. Применяется в проектируемых жилых и промышленных зданиях.

Применение системы TN-S

Система ТN-S наилучшая с точки зрения электробезопасности, но самая дорогостоящая. При ее обустройстве необходимо прокладывать от трансформаторной подстанции пять жил при трехфазном и три жилы — при однофазном электропитании. Это увеличивает финансовые затраты по сравнению с системами TN-C и TN-C-S. Повторному заземлению подлежит РЕ проводник.

Воздушные линии электропередач

На опорах воздушных линий электропередач необходимо повторно заземлять PEN-проводник, идущий от трансформаторной подстанции. Это нужно делать, чтобы повысить электробезопасность участков ВЛ и для надежной работы автоматических выключателей. Количество повторных заземлений на трассе воздушной линии определяется проектом электроснабжения.

Такое устройство обязательно применяется на опорах в конце воздушных линий электропередач, на опорах перед вводом в промышленное здание или частный дом, перед ответвлением от трассы ВЛ протяженностью более 200 м. Для монтажа используется подземная часть опоры. Если ее недостаточно, применяется дополнительный контур заземления, обычно состоящий из одного или двух заземлителей.

Спуск с верхнего конца опоры осуществляется проволокой диаметром 6 или 8 мм. Кроме PEN-провода, нужно заземлить все металлические элементы конструкции опоры. Сопротивление этого вида заземления не должно быть больше 30 Ом.

На опорах уличного освещения должно быть организовано заземление корпусов светильников и всех металлических частей опоры. Для этого используются специальные заземлители и заземляющие проводники. В городской черте не всегда имеется возможность установки стандартных вертикальных заземлителей, поэтому часто используются в качестве заземлителей горизонтальные полосы, заглубленные в землю.

После установки заземлителей обязательно контролируют сопротивление заземляющего устройства специальными приборами. Наличие такого заземления делает безопасным эксплуатацию опор уличного освещения.

Совместимость с устройствами отключения

Чтобы сделать работу человека максимально безопасной, ПУЭ рекомендует применять УЗО или дифавтоматы. Такие устройства можно применять в системе ТN-C-S, когда PEN-провод разделен на PE и N-проводники. Это разделение происходит в вводном электрощите на главной заземляющей шине. Причем подключение главной заземляющей шины производится к повторному заземлению или к заземленному на вводе в здание PEN-проводнику.

УЗО или дифавтомат реагирует на токи утечки в нагрузке. При появлении утечки в изоляции или при повышении влажности появляются токи утечки. При превышении определенного значения тока утечки УЗО обесточивает защищаемую цепь. Дифференциальный автомат обесточивает цепь при появлении в нагрузке короткого замыкания.

Применение устройства вторичного заземления нулевого провода влияет на время срабатывания автоматических выключателей. Чем ниже показатель сопротивления заземления, тем быстрее и надежнее сработает автоматический выключатель, а значит, выше безопасность человека при аварийных ситуациях в электрических сетях.

Нормы сопротивления заземляющих устройств

Сопротивление контура этого типа заземления — характеристика растекания тока при аварийных ситуациях в электрооборудовании. В соответствии с правилами устройства электроустановок сопротивление системы заземления должно быть нормированным.

Для опор воздушных линий электропередач и опор уличного освещения сопротивление заземления нулевого провода должно быть не более 30 Ом.

Повторное заземление ВЛИ | ehto.ru

Что такое повторное заземление ВЛИ?

Повторное заземление ВЛИ подразумевает заземление PEN проводника от трансформатора КТП 10/0,4, на опорах воздушных линий электропередач.

Аббревиатура ВЛИ подразумевает воздушную линию электропередач, выполненную самонесущими изолированными проводами СИП, от трансформатора с глухозаземленной нейтралью.

Выполняются воздушные линии на деревянных или железобетонных опорах. Остановимся на опорах подробнее.

Деревянные опоры линий электропередач

Деревянные опоры делаются из бревен (круглого леса без коры) длинной 5-13 метров с шагом 50 см и толщиной 12-26 см с шагом 20 мм.
Деревянные опоры покрываются антисептиком, чтобы замедлить гниение древесины.
Типы деревянных опор С1 и С2.

Железобетонные опоры

Железобетонные опоры это прямоугольные или трапециевидные конструкции из арматуры и бетона. Маркируются железобетонные опоры, как СВ. Далее идет номер маркировки, который обозначает длину опоры. Например, опора СВ 95 имеет длину 9,5 метров.

Применяются следующие железобетонные опоры:

СВ 85;
СВ 95
СВ 110;
СВ 105.

На опорах СВ сверху и снизу приварена арматура для осуществления повторного заземления PEN проводника.

Но вернемся к повторному заземлению.

Повторное заземление, называется повторным, потому что этот провод уже заземлен на КТП.

Трансформатор с глухозаземленной нейтралью (TN-C-S) предполагает, что по ВЛИ тянутся два или четыре провода СИП. Один или три провода фазные, плюс PEN проводник (он несущий). Разделяется PEN проводник на нулевой рабочий провод (N) и нулевой защитный провод (PE) проводник на столбе, если на нем вы ставите ВУ (вводное устройство) или в щите в доме.

Напомню, что разделяется PEN проводник на нулевой рабочий провод (N) и нулевой защитный провод (PE) проводник на столбе, если на нем вы ставите ВУ (вводное устройство) или в щите в доме.

Согласно ПУЭ повторное заземление ВЛИ это заземление PEN или PE проводника ВЛИ электропередач.

Как делается повторное заземление ВЛИ.

Повторное заземление ВЛИ на бетонной опоре

Повторное заземление делается на столбе или опоре вне ВУ (вводного устройства) или ВЩ (вводного щита), до вводного автомата или общего рубильника.

PEN проводник следует подсоединять к арматурному выпуску вверху железобетонной опоры, как основной, так и подкосной (если она есть). На следующем фото показано, как делается повторное заземление несущего PEN проводника, прокалывающим зажимом (4) на проходной опоре, без отвода. Такое заземление делается на каждой третьей опоре ВЛ и на опоре отвода к вашему дому.

Повторное заземление на деревянной опоре

Для повторного заземления на деревянной опоре монтируется заземляющий спуск. Заземляющий спуск делается, из металлического прута по опоре, который приваривается к штыревому электроду, вбитому в землю. Прут лучше взять из оцинкованной стали, если он толще 6 мм или из черной стали с антикоррозийным слоем, если он тоньше 6 мм.

Для работ понадобится сам прут, кувалда для его забивания, набор гаечных ключей (или сварка), отрезная болгарка на аккумуляторах. Выбрать болгарку на аккумуляторе нужно по диаметру отрезного круга и наличию двух зарядных батарей. Для работы вам не понадобиться электрическое подключение, что очень удобно в данном контексте.

Аналогично делается повторное заземления железобетонного столба без арматурного выпуска.

На деревянной опоре, где выполнено повторное заземление PEN проводника, нужно заземлить все металлические крюки и штыри опоры. Если на деревянной или железобетонной опоре нет повторного заземления PEN проводника, то крюки и штыри заземлять не нужно (2-4-41 ПУЭ).

Всё металлическое электрооборудование, расположенное на столбах (молниезащита, шиты ВУ, защита от перенапряжений и т.п.) должны заземляться отдельными проводами. Сопротивление повторного заземления не должно превышать 30 Ом (в варианте глухозаземленной нейтрали трансформатора).

Повторное заземление PEN проводника ВЛИ не отменяет устройство заземления частного дома с монтажом контура заземления возле или вокруг дома.

Советы практика

В завершении приведу предписание технического надзора. Где нужно сделать повторное заземление на участке ВЛИ от ТП до дома, длинной 800 метров.

В этом варианте, повторное заземление нужно сделать:

На последнем (у дома) и первом (у подстанции) столбах линии;
На анкерных опорах ВЛИ;
На опорах с шагом 100± метров от первой опоры, с заземлением.

©Ehto.ru

Полезно почитать

Записи не найдены

Поделиться ссылкой:

Похожее

Повторное заземление линий электропередачи | elesant.ru

Вступление

Согласно нормативам, повторное заземление линий электропередачи обязательно и служит для повышения безопасности участков ЛЭП. Для ЛЭП выполненных, самонесущим изолированным проводом СИП, основным элементом, для повторного заземления является нулевая жила СИП. Технически, повторное заземление заключается в соединении нулевой жилы СИП с заземлителем на деревянной опоре или в бетонной опоре. Для этого соединения используются специальные зажимы, например зажимы типа CT-25,CT-25A компании BK. Арматура bk кроме надежного соединения позволяет осуществить подключение без отключения магистрали.

Повторное заземление нулевой жилы СИП на опоре

Согласно нормативам, а именно ПУЭ 2.4.38-2.4.49 повторное заземление нулевой жилы СИП, осуществляется, как на бетонных, так и на деревянных опорах. Нулевой жилой СИП проводника является PEN проводник ВЛИ.

После установки опор, перед натяжением СИП, на опорах выполняется заземление. Для этого по деревянной опоре прокладывается стальная проволока толщиной 6 мм, для заземления бетонной опоры используется арматура находящаяся внутри бетонной опоры.

Само повторное заземление нулевой жилы СИП производится согласно рабочему проекту магистрали ВЛИ, в соответствии с нормативами. Осуществляется повторное заземление после натяжения СИП, если магистраль монтируется или на действующей магистрали ВЛИ.

Нужно ли делать повторное заземление на опоре ответвления частного дома

По практике повторное заземление PEN проводника магистрали ВЛИ выполняется на каждой третьей опоре, что соответствует расстояниям, указанным в нормативах.

Если в доме установлен распределительный щит, с аппаратами автоматического отключения электропитания, то повторное заземление PEN проводника (нулевой жилы СИП) обязательно.

Если ответвление к дому, попадает на опору со сделанным повторным заземлением, PEN проводник подключается к существующему повторному заземлению. Если ответвление попадает на опору без повторного заземления, то повторное заземление PEN проводника ответвления выполняется дополнительно. Делается повторное заземление монтирующей организацией при устройстве ответвления к дому.

Как делается повторное заземление без отключения магистрали

В современных условиях повторное заземление ответвления ВЛИ, а также само подключение ответвления делается без отключения магистрали от электропитания. В компаниях, занимающихся продажей оборудования для ВЛИ и ЛЭП, например, Норма–кабель, можно вместе с кабелем СИП для ответвления, купить комплект арматуры СИП для конкретного типа опоры ВЛИ. Комплекты арматуры для подключения СИП ответвления зависят от типа опоры (промежуточная, угловая, концевая) с которой будет делаться ответвление.

©Elesant.ru

Повторное заземление нулевого защитного проводника

Просмотров 981 Опубликовано 13.06.2018 Обновлено 13.06.2018

Повторное заземление нулевого защитного проводника — это заземление, выполненное через определенные промежутки по всей длине нулевого провода. Повторное заземление позволяет снизить напряжение нулевого провода и зануленного оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус как при нормальном режиме, так и при обрыве нулевого провода.

При занулении фазные и нулевые защитные проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, обеспечивающий отключение автомата или плавление плавкой вставки ближайшего предохранителя.

Согласно ПУЭ, проводники зануления должны выбираться так, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой провод возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток расцепителя автоматического теплового выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. При защите сети автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями кратность тока принимается равной 1,1; при отсутствии заводских данных — 1,4 для автоматов с номинальным током до 100 А, а для прочих автоматов 1,25. Во взрывоопасных установках кратность тока должна быть не менее 4 при защите предохранителями, не менее 6 при защите автоматами с обратнозависимой от тока характеристикой и аналогично предыдущему при автоматах, имеющих только электромагнитный расцепитель. Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.

Должна обеспечиваться непрерывность нулевого провода от каждого корпуса до нейтрали источника питания. Поэтому все соединения нулевого провода выполняются сварными. Присоединение нулевого провода к корпусам электроприемников осуществляется сваркой или с помощью болтов.

В цепи нулевых защитных проводников не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей.

При замыкании фазы на корпус в сети, не имеющей повторного заземления нулевого защитного проводника (см. рис.), участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли Uк, равным:

где Iк – ток КЗ, проходящий по петле фаза-нуль, А; zPEN– полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током Iк, Ом (т. е. участка АВ).

Напряжение Uк будет существовать в течение аварийного периода, т. е. с момента замыкания фазы на корпус до автоматического отключения поврежденной установки от сети.

Если для упрощения пренебречь сопротивлением обмоток источника тока и индуктивным сопротивлением петли фаза-нуль, а также считать, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями RL1 и RPE, то (4.3) примет вид:

Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление с сопротивлением rП (на рис. 4.9 это заземление показано пунктиром), то Uк снизится до значения, определяемого формулой:

где Iз – ток, стекающий в землю через сопротивление rп, А; Uав – падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке АВ; r0– сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус.

При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех присоединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети (рис. 4.10, а). Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится, и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока Iз, А, через землю (рис 4.10, б), благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до значений, определяемых формулой

При этом корпуса установок, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли:

где r0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения током, возникающую в результате обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва, но не может устранить ее полностью, т. е. не может обеспечить тех условий безопасности, которые существовали до обрыва.

Повторное заземление нулевого защитного проводника — КиберПедия

Повторное заземление необходимо в ситуации, например, обрыва нулевого защитного проводника.

При применении системы ТN-рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN- проводников на вводе в электроустановки зданий, а также других доступных местах.

Для повторного заземления нулевых защитных проводников следует в первую очередь использовать естественные заземлители.

В этом случае сопротивление растеканию тока заземлителя повторного заземления не нормируется.

Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.

Повторному заземлению подвергаются нулевые рабочие провода воздушных линий, которые одновременно используются как нулевые защитные проводники (PEN- проводники). При этом в соответствии с ПУЭ повторные заземления выполняются на концах линий.

Кратковременно до срабатывания защиты на всех элементах цепи зануления появляется напряжение. Повторное заземление предназначается для снижения этого напряжения как при исправном (целом), так и при неисправном (имеющем разрыв) нулевом защитном проводе. Рассмотрим эти случаи.

1. Нулевой защитный провод не имеет обрыва (рис. 14)

Если повторное заземление нулевого провода отсутствует, напряжение на корпусе поврежденного электрооборудования равно падению напряжения на нулевом проводе (см. эпюру напряжений на рис. 14, а):

Рис. 14. Схема прохождения тока в цепи зануления без повторного заземлителя (а) и с повторным заземлителем (б):

– падение напряжения на нулевом проводе, – ток короткого замыкания, – сопротивление нулевого провода, – сопротивления повторного и рабочего заземлителей, – ток, проходящий через повторный заземлитель, 1 – эпюры распределения напряжения вдоль нулевого провода

Ток, проходящий через тело человека при его прикосновении к корпусу, будет равен

(1)

Предельное максимальное время срабатывания защиты по условиям безопасности должно быть не более, с: , где (мА) из формулы (1).

Из формулы (1) следует, что ток можно снизить уменьшением значения . Кроме того, этот ток понижается, если заземлить нулевой защитный провод вблизи электроприемника. Тогда напряжение будет приложено к двум последовательно соединенным сопротивлениям – рабочему и повторному , которые сработают как делители напряжения. Потенциал на корпусе понизится до значения (см. эпюру напряжений на рис. 14, б):

(2)

где – ток, проходящий через рабочий и повторный заземлители.

Ток, проходящий через тело человека при наличии повторного заземления нулевого защитного провода, будет равен

(3)

2. Нулевой защитный провод неисправен – имеет обрыв (рис.15).

В этом случае зануленное электрооборудование не отключится и на его корпусах появятся опасные потенциалы.

Рис.15. Схема прохождения тока короткого замыкания при обрыве нулевого провода: , – сопротивления рабочего и повторного заземлителей

Повторное заземление нулевого защитного провода не создает полной безопасности, но все же снижает напряжение на корпусах, соединенных с нулевым проводом за местом его обрыва, до значения:

(4)

Напряжение на зануленном оборудовании, находящимся до места обрыва,

(5)

Примеры решения задач по оценке

Назначение повторного заземления нулевого провода

Повторное заземление нулевого провода

Повторное заземление нулевого защитного проводника

Используйте на своих сайтах и блогах или на YouTube кликер для adsense

Источник: https://elektrikdom.com/index/povtornoe_zazemlenie/0-396

Заземление и соединение электрических систем Справка

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы. Откройте окно поиска (ctrl+f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

Цель.

Целью этого курса является ознакомление инженеров с вопросами заземления и соединения электрических систем, связанными с системами с глухим заземлением под напряжением 600 В. Этот курс может служить введением в заземление и подключение для инженеров с небольшим опытом или вообще без профессионального проектирования электрических систем.Курс также представляет практическую, но малоизвестную информацию о применении заземления и соединения, которая будет полезна даже самым опытным профессионалам в области электрического проектирования.

Зачем тратить время на изучение заземления и связи?

 Многие специалисты по электротехнике придерживаются популярного и ошибочного мнения о том, что заземление металлического предмета (посредством его непосредственного соединения с землей)
поможет устранить опасное напряжение, вызванное замыканием линии на землю. Заземление объекта никак не устраняет опасное напряжение или снижает напряжения прикосновения или шага, которые ежегодно являются причиной нескольких смертей.

 Неправильное заземление и соединение являются частой причиной электротравмы.

 Эффективное заземление играет важную роль в правильной работе чувствительного электронного оборудования.

 «Более 80 % всех отказов электронных систем, связанных с аномалиями питания, на самом деле являются результатом ошибок электропроводки или заземления или вызваны другими нагрузками на объекте заказчика». EPRI (Научно-исследовательский институт электроэнергетики)

 «Из всех проблем с электропитанием и заземлением, влияющих на электронное оборудование, почти 90% вызваны электропитанием и условиями заземления внутри объекта, в котором используется оборудование… Что еще более важно, почти 75% Проблемы с качеством электроэнергии внутри объекта связаны с заземлением, что делает его единственным наиболее важным фактором с точки зрения объекта для обеспечения надежной работы оборудования.» Уоррен Льюис, журнал ECM

 Издание 2005 года Национального электротехнического кодекса (NEC) включало полный пересмотр и переименование статьи 250 (ранее называвшейся «Заземление»), которая, по словам редакторов NEC Handbook, «одно из самых значительных изменений, произошедших в новейшей истории Кодекса».

База и Ресурсы.

Следующие ресурсы служат основной основой информации, представленной в этом курсе
, и на них будут делаться ссылки в материалах курса:

 Национальный электротехнический кодекс (NEC), статья 250 – издание 2005 г.

 Стандарт IEEE 1100-1999, рекомендуется Практика включения и заземления чувствительного электронного оборудования

 Стандарт IEEE 142-1982 «Заземление промышленных и коммерческих энергосистем»

 AEMC Понимание испытаний сопротивления заземления (Рабочая тетрадь, выпуск 6.0)

Для многих инженеров, подрядчиков и техников Национальный электротехнический кодекс и его статья 250 (Заземление и соединение) являются единственной основой для проектирования и установки системы заземления.

Перед началом курса крайне важно ознакомиться с назначением и ограничениями Национального электротехнического кодекса (NEC), чтобы понять, как следует применять NEC.

Статья 90.1 Национального электротехнического кодекса устанавливает его цель и преднамеренные ограничения:

90.1 Цель

(A) Практическая защита. Целью настоящего Кодекса является практическая защита людей и имущества от опасностей, связанных с использованием электричества.

(B) Адекватность. Настоящий Кодекс содержит положения, которые считаются необходимыми для обеспечения безопасности. Их соблюдение и надлежащее техническое обслуживание приводят к тому, что установка практически безопасна, но не обязательно эффективна, удобна или адекватна для хорошего обслуживания или будущего расширения использования электроэнергии.

(C) Назначение – Настоящий Кодекс не предназначен для использования в качестве проектной спецификации или руководства по эксплуатации для необученных лиц!

В соответствии с NEC – Инженеры, проектирующие и определяющие заземление и соединение, не должны использовать Национальный электротехнический кодекс (NEC) в качестве кулинарной книги.

NEC не заменяет понимания теории требований кода.

Чтобы понять заземление и связь, важно знать значения слов, которые мы будем использовать. Статья 110 Национального электротехнического кодекса дает определения слов, которые мы будем использовать в этом курсе. Они перечислены в порядке важности, а не обязательно в алфавитном порядке.

Приложение 1 Различные компоненты заземления и соединения

Заземляющий проводник. Преднамеренно заземленный провод системы или цепи. Его также обычно называют нейтральным проводником в заземленной системе «звезда».

Заземляющий проводник. Проводник, используемый для соединения оборудования или заземленной цепи электропроводки с заземляющим электродом или электродами.

Заземляющий проводник, оборудование. Проводник, используемый для соединения нетоковедущих металлических частей оборудования, кабельных каналов и других корпусов с заземляющим проводом системы, проводником заземляющего электрода или и тем, и другим, на сервисном оборудовании или на источнике отдельно производной системы.В статье 250.118 NEC описаны различные типы заземляющих проводников оборудования. Правильные размеры заземляющих проводников оборудования указаны в 250.122 и в таблице 250.122.

Заземляющий электрод. Устройство, которое устанавливает электрическое соединение с землей.

Проводник заземляющего электрода. Проводник, используемый для соединения заземляющего электрода (электродов) с заземляющим проводником оборудования, с заземляющим проводником или с обоими, при обслуживании, в каждом здании или сооружении, где питается от фидера (фидеров) или ответвленной (ых) цепи (цепей) или в источнике отдельно производной системы.

Склеивание (склеивание). Неразъемное соединение металлических частей с образованием электропроводящего пути, обеспечивающего непрерывность электрического тока и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен.

Целью соединения является создание эффективного пути для тока повреждения, что, в свою очередь, облегчает работу устройства защиты от перегрузки по току. Это объясняется в статьях 250.4(A)(3) и (4) Национального электротехнического кодекса и 250.4(B)(3) и (4). Конкретные требования к склеиванию содержатся в Части V Статьи 250 и в других разделах Кодекса, как указано в Статье 250 NEC.3.

Соединительная перемычка. Надежный проводник для обеспечения необходимой электропроводности между металлическими частями, которые необходимо электрически соединить.

Выбивные заглушки как концентрического, так и эксцентричного типа могут ухудшить электропроводность между металлическими частями и фактически могут создать ненужное сопротивление пути заземления. Установка соединительной перемычки (перемычек) является одним из методов, который часто используется между металлическими дорожками качения и металлическими деталями для обеспечения электропроводности. Соединительные перемычки можно найти на сервисном оборудовании [NEC 250.92(B)], соединение на напряжение более 250 вольт (NEC 250.97) и компенсационные фитинги в металлических дорожках качения (NEC 250.98). На рисунке 2 показана разница между концентрическими и эксцентрическими нокаутами. На рис. 2 также показан один из способов установки перемычек на этих типах заглушек.

Приложение 2 Соединительные перемычки, установленные вокруг концентрических или эксцентричных выбивных отверстий.

Соединительная перемычка, оборудование. Соединение между двумя или более частями заземляющего проводника оборудования.

Соединительная перемычка, главная. Соединение между заземляющим проводником и заземляющим проводом оборудования на службе.

На рис. 3 показана основная соединительная перемычка, используемая для обеспечения соединения между заземляющим служебным проводником и заземляющим проводником оборудования при обслуживании. Соединительные перемычки могут располагаться по всей электрической системе, но основная соединительная перемычка находится только на сервисе. Основные требования к соединительным перемычкам приведены в NEC 250.28.

Приложение 3. Основная соединительная перемычка, установленная на линии между заземляющим рабочим проводом и заземляющим проводом оборудования.

Соединительная перемычка, система. Соединение между заземляющим проводом цепи и заземляющим проводом оборудования в отдельно выделенной системе.

Приложение 4. показывает перемычку системного заземления, используемую для обеспечения соединения между заземляющим проводником и заземляющим проводником (проводами) оборудования трансформатора, используемого в качестве отдельной системы.

Приложение 4. Системная перемычка, установленная рядом с источником отдельной системы между заземляющим проводом системы и заземляющим проводом(ами) оборудования.

Соединительные перемычки системы расположены рядом с источником отдельно выведенной системы. Системная соединительная перемычка используется в производной системе, если производная система содержит заземляющий проводник. Как и основная соединительная перемычка на сервисном оборудовании, системная соединительная перемычка обеспечивает необходимую связь между заземляющими проводниками оборудования и заземляющим проводником системы, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю. Требования к соединительным перемычкам системы приведены в NEC 250.30(А)(1).

Заземлен. Подключен к земле или к какому-либо токопроводящему телу, заменяющему землю.

Эффективное заземление. Преднамеренно соединены с землей через заземляющее соединение или соединения с достаточно низким импедансом и достаточной допустимой нагрузкой по току для предотвращения нарастания напряжения, которое может привести к неоправданной опасности для подключенного оборудования или людей.

С глухим заземлением. Подключено к земле без установки какого-либо резистора или импедансного устройства.

 Распространенным заблуждением является то, что заземление и соединение — это одна и та же тема. Хотя они связаны, они не одинаковы. Целью этого курса является разъяснение каждой темы.

 Издание 2005 года Национального электротехнического кодекса признает это и изменяет название статьи 250 (ранее называвшееся «Заземление») на «Заземление и соединение», чтобы подчеркнуть, что заземление и соединение являются двумя отдельными понятиями, но не исключают друг друга и, фактически напрямую взаимосвязаны через требования статьи 250.

 Соединение — это соединение двух или более токопроводящих объектов друг с другом с помощью проводника, например провода.

 Заземление, также называемое «заземлением», представляет собой особую форму соединения, при которой один или несколько токопроводящих объектов соединяются с землей с помощью проводника, такого как провод или стержень.

 Надлежащее заземление объектов (проводников) в полевых условиях обычно включает как соединения между объектами, так и конкретное соединение с землей (землей).

Заземление в рамках данного курса означает преднамеренное соединение с землей или другим проводящим телом относительно большой протяженности, которое служит вместо земли.Другое слово для заземления – «заземление». Если мы будем помнить об этом и будем использовать термин «заземление» всякий раз, когда мы используем термин «заземление», это поможет нам понять, что такое заземление (или заземление), а что нет.

Соединение представляет собой соединение токопроводящих частей с целью поддержания общего электрического потенциала и обеспечения электропроводящего пути, который обеспечит электрическую непрерывность и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен. Стандарт IEEE 11:00-1999.

В соответствии со статьей 250.4(A) Национального электротехнического кодекса ниже приведены общие требования к заземлению и соединению заземленных систем. В заземленной системе вторичные обмотки питающего трансформатора могут быть расположены по схеме «звезда» с заземлением общей ветви или по схеме «треугольник» с заземленным центральным отводом или заземленным углом.

Следующие общие требования определяют, для чего требуется заземление и соединение электрических систем. Предписывающие методы, содержащиеся в Статье 250, должны соблюдаться для соблюдения требований к производительности, изложенных в этом разделе.

(1) Заземление электрической системы Электрические системы, которые заземлены, должны быть подключены к земле таким образом, чтобы ограничить напряжение, вызванное молнией, скачками напряжения или непреднамеренным контактом с высоковольтными линиями, и чтобы стабилизировать напряжение относительно земли в нормальном режиме. операция.

(2) Заземление электрооборудования Непроводящие токопроводящие материалы, окружающие электрические проводники или оборудование или являющиеся частью такого оборудования, должны быть заземлены таким образом, чтобы ограничить напряжение относительно земли на этих материалах.

(3) Соединение электрического оборудования Непроводящие токопроводящие материалы, окружающие электрические проводники или оборудование или составляющие часть такого оборудования, должны быть соединены друг с другом и с источником электропитания таким образом, чтобы установить эффективный ток замыкания на землю. дорожка.

(4) Соединение электропроводящих материалов и другого оборудования Электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть соединены
друг с другом и с источником электропитания таким образом, чтобы установить эффективный путь тока замыкания на землю.

(5) Эффективный путь тока замыкания на землю Электрическое оборудование, проводка и другие электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть установлены таким образом, чтобы создать постоянную цепь с низким импедансом, облегчающую работу устройства максимального тока или детектора заземления для высокоимпедансные заземленные системы. Он должен быть способен безопасно проводить максимальный ток замыкания на землю, который может быть наложен на него из любой точки системы электропроводки, где может произойти замыкание на землю, к источнику электропитания.Земля не должна рассматриваться как эффективный путь тока замыкания на землю.

Давайте рассмотрим, начиная с предыдущей страницы, общие требования, представленные в Национальных электротехнических нормах и правилах для заземления и соединения, чтобы лучше понять, какие требования удовлетворяются посредством заземления, а какие — посредством методов соединения.

 Требования (1) и (2) относятся к заземлению – в них конкретно упоминается «заземление».

 Требование (1) – это заземление системы или преднамеренное соединение системного проводника заземленной системы с землей.Заявленная цель этого преднамеренного соединения с землей состоит в том, чтобы ограничить напряжение, создаваемое молнией, перенапряжениями в сети или непреднамеренным контактом с линиями более высокого напряжения, и это стабилизирует напряжение относительно земли во время нормальной работы.

 Требование (2) выполняется путем присоединения нетоковедущих металлических предметов к заземляющему проводнику оборудования, который присоединяется к проводнику заземляющего электрода на служебном входе и на стороне нагрузки каждой отдельно производной системы.

 Требования (3), (4) и (5) относятся к выпуску облигаций. Путем соединения всех металлических предметов, которые могут оказаться под напряжением в случае неисправности (и обеспечения заземляющего проводника оборудования, соединенного с этими предметами и с источником), обеспечивается эффективный путь прохождения тока через землю, облегчающий работу устройств защиты от перегрузки по току. Проще говоря, путь тока короткого замыкания должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы позволить току короткого замыкания достаточно большой величины, чтобы вызвать срабатывание вышестоящего защитного устройства.Соединение также помогает обеспечить безопасность персонала, так что кто-то, касающийся двух частей оборудования одновременно, не получает удар током, становясь путем выравнивания, если они находятся под разными потенциалами. По той же причине, по которой соединение защищает людей, оно защищает и оборудование, уменьшая протекание тока по проводникам питания и передачи данных между частями оборудования с разным потенциалом.

Важно понимать разницу между соединением и заземлением (заземлением). Имейте в виду, что земля (почва) является плохим проводником, и на нее нельзя полагаться как на часть обратного пути тока замыкания на землю — это путь, предназначенный для устранения неисправности.Причина, по которой земля/почва никогда не должна использоваться как часть обратного пути замыкания на землю, связана с ее высоким сопротивлением.

Сопротивление земли примерно в миллиард раз больше сопротивления меди (в соответствии со стандартом IEEE 142, раздел 2.2.8) и пропускает обратно к источнику только несколько ампер (1-10).

Стандарт 142 Института инженеров по электротехнике и электронике гласит: «Самая сложная система заземления, которую только можно разработать, может оказаться неадекватной, если соединение системы с землей не является адекватным и не имеет низкого сопротивления.Отсюда следует, что заземление является одной из наиболее важных частей всей системы заземления. Это также самая сложная часть для проектирования и получения … Для небольших подстанций и промышленных предприятий в целом, по возможности, должно быть получено сопротивление менее 5 Ом ».

Однако с практической точки зрения нельзя полагаться на заземляющий электрод, независимо от того, насколько низкое его сопротивление, для устранения замыкания на землю. Если оборудование эффективно заземлено и соединено, то должен быть предусмотрен путь с низким импедансом (не через заземляющий электрод к земле и через землю обратно к источнику), чтобы облегчить работу устройств перегрузки по току в цепи.В то время как минимальное практическое сопротивление заземляющего электрода является желательным и будет лучше ограничивать потенциал рам оборудования над землей, более важно обеспечить путь с низким импедансом для быстрого устранения неисправности для обеспечения безопасности. Для получения наименьшего практического импеданса цепь заземления оборудования должна быть подключена к заземляющему проводнику внутри сервисного оборудования.

Ни заземление, ни система заземляющих электродов не помогают устранить электрические неисправности. Именно соединение металлических предметов с заземляющим проводником оборудования обратно к источнику обеспечивает путь с достаточно низким импедансом, позволяющий устройствам защиты от перегрузки по току срабатывать и устранять неисправности.Если путь замыкания на землю опирается на землю, тока замыкания будет недостаточно (из-за высокого импеданса) для срабатывания защитного устройства
.

Помните закон Ома, V = I x R? Рассмотрим следующий пример. Фазный провод на 120 В преднамеренно подключен непосредственно к земле (если оголенный провод под напряжением был подключен к заземляющему стержню в грязи), а заземляющий стержень имеет сопротивление 25 Ом обратно к заземленному источнику питания (трансформатору). Этот сценарий даст чуть менее 5 ампер (4.8А) тока замыкания на землю. Это преднамеренное соединение с землей не даст достаточного тока короткого замыкания для отключения даже автоматического выключателя на 20 А, поскольку автоматический выключатель на 20 А может непрерывно выдерживать 16 ампер.

Тот же самый высокий импеданс земли, который ограничивает ток короткого замыкания до уровней, меньших, чем требуется для срабатывания защитных устройств, создаст опасное шаговое напряжение или напряжение прикосновения вблизи заземляющего стержня, которое может быть смертельным. За последние годы несколько человек умерло именно из-за этого состояния, когда столбы уличного освещения были заземлены (заземлены) с помощью заземляющих стержней, но не имели заземляющих проводников оборудования, которые служили бы эффективным путем тока замыкания обратно к источнику питания.

Рассмотрим факторы, влияющие на сопротивление систем заземляющих электродов (для обсуждения будем использовать стержни).

 Сопротивление электрода (разница всего в несколько миллиомов между различными обычно используемыми материалами и размерами – IEEE Std 142-1982). Сопротивление электрода зависит от материала стержня и площади поверхности стержня. Площадь поверхности стержня зависит от диаметра стержня.

 Площадь стержня по отношению к поверхности почвы (незначительный фактор – обычно только доли ома – если стержень вбит в уплотненный грунт и не является рыхлым – IEEE Std 142-1982) Различия в размерах и материалах заземляющих стержней делают небольшая заметная разница в сопротивлении электрода (однако материал стержня играет роль в ожидаемом сроке службы стержня).

 Контактное сопротивление между стержнем и окружающим грунтом. Если стержень вбит в уплотненный грунт, то сопротивление между стержнем и окружающим грунтом не является существенным фактором (более подробно это обсуждается в разделе о глубоко забитых заземляющих стержнях).

 Сопротивление грунта, окружающего электрод (самый большой фактор). В правильно установленной системе заземляющих электродов сопротивление грунта является ключевым фактором, определяющим, каким будет сопротивление заземляющего электрода и на какую глубину необходимо ввести стержень, чтобы получить низкое сопротивление заземления.
Удельное сопротивление грунтов зависит от глубины от поверхности, типа концентрации растворимых химических веществ (минералов и растворенных солей) в грунте, содержания влаги и температуры грунта. Другими словами, удельное сопротивление определяется электролитом в почве. Сопротивление 5/8-дюймового заземляющего стержня для типичных типов почвы согласно IEEE 142-1982 представлено ниже:

Вот несколько удивительных фактов:

Согласно этой таблице IEEE 142-1992, в двух из четырех категорий почв не обеспечивали в среднем сопротивления 25 Ом и менее! Это распространенный опыт во многих районах с песчаной почвой.

Наличие поверхностных вод не обязательно указывает на низкое удельное сопротивление (IEEE Std 142-1982).

Недавний проект ярко иллюстрирует истинность этого утверждения. Почва на мелиоративном сооружении всегда была влажной. Инженеры-электрики, исследующие проблемы с заземлением на объекте, наивно полагали, что постоянное присутствие воды (из-за высокого уровня грунтовых вод) гарантирует низкое удельное сопротивление грунта и что отдельных заземляющих стержней или, возможно, параллельных заземляющих стержней будет достаточно для создания заземления с низким сопротивлением. (заземление).Однако все было наоборот. Дальнейшее исследование показало, что высокий уровень грунтовых вод был связан с потоком подземных вод. Через это место буквально протекала река, которая была частью гидрологии района. Почва была очень песчаная.

Со временем любые растворимые минералы, которые существовали, были растворены и унесены медленно текущей водой, оставив песок и дистиллированную воду — превосходные изоляторы!

Это открытие радикально изменило направленность исследования заземления на площадке и последующих корректирующих действий, заставив инженеров учитывать расслоение почвы.

Обычные методы заземления, которым в течение последних сорока лет обучали производителей заземления и испытаний заземления, основаны на предполагаемом однородном состоянии почвы. Традиционные методы породили эмпирические правила, которые стали приняты многими
инженерами в качестве стандартной практики. Одна из таких практик заключалась в том, что как удвоение глубины заземляющего стержня, так и установка двух параллельных заземляющих стержней были одинаково эффективными методами снижения сопротивления стержня (стержней) земле.Эти эмпирические правила предполагают, что почва однородна — что почва остается того же типа и удельного сопротивления по мере того, как вы углубляетесь. На практике многие районы имеют слоистую, а не однородную почву.

Как ответственные инженеры, мы должны помнить, что практика использования параллельных заземляющих стержней, иногда соединенных по схеме треугольника, которая была разработана с использованием методов, предполагающих наличие однородных почвенных условий, может быть не лучшей практикой для слоистых почвенных условий.

Мы рассмотрим это более подробно в следующем разделе.

Что может служить заземляющим электродом?

Помните: заземляющий электрод является средством выполнения двух из пяти требований к заземлению и соединению, перечисленных в Национальном электротехническом кодексе.

(1) Заземление электрической системы Электрические системы, которые заземлены, должны быть заземлены таким образом, чтобы ограничивать напряжение, создаваемое молнией, скачками напряжения или непреднамеренным контактом с высоковольтными линиями, и стабилизировать напряжение относительно земли во время Нормальная операция.

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом в качестве заземляющих электродов могут использоваться следующие электроды, и если их несколько, они должны быть соединены вместе:

 Подземная металлическая водопроводная труба (NEC 250.52 (A)(1))

 Металлический каркас конструкции (NEC 250.52 (A)(2))

 Заземляющий электрод в бетонном корпусе (также известный как заземление UFER) (NEC 250.52 (A)(3))

 Кольцо заземления (NEC 250.52 (A)(4))

 Стержень заземления (NEC 250.52 (A)(5))

 Пластины заземления (NEC 250.52 (A)(6))

В Национальном электротехническом кодексе подробно описаны конкретные требования к установке для каждого типа электрода.

Два или более заземляющих электрода, которые эффективно соединены друг с другом, должны рассматриваться как система с одним заземляющим электродом.

Рассмотрим различные места, где требуется заземление (имеется в виду преднамеренное соединение или подключение к системе заземления). Национальный электротехнический кодекс требует следующее:

Служебный вход — Статья 250.24 (A) NEC требует, чтобы в системе электропроводки в помещении, питаемой от заземленной сети переменного тока, проводник заземляющего электрода был подключен к заземленному служебному проводнику (также называемому нейтральным проводником). проводник). Статья 250.24 (A) (1) требует, чтобы соединение было выполнено в любой доступной точке от стороны нагрузки ответвления или боковой линии обслуживания до клеммы или шины включительно, к которым заземленный проводник (нейтраль) подключен на услуге. средства отключения.Это переводится в одно из трех местоположений, как показано ниже:

Отдельно выделенные системы – Обратитесь к разделу VI для обсуждения отдельно выделенных систем заземления.

Металлические водопроводные и другие металлические трубопроводы, которые могут оказаться под напряжением – 250.104 (A) и (B) требуют, чтобы система металлических водопроводных труб была соединена с системой заземления в любом из следующих мест: корпус сервисного оборудования, заземляющий проводник в сети, к проводнику заземляющего электрода или к заземляющим электродам.В то время как металлические водопроводные трубы должны быть соединены с землей, другие системы металлических трубопроводов должны быть соединены с землей (заземлены)
только в том случае, если они могут оказаться под напряжением, то есть там, где внутри оборудования существуют механические трубопроводы и электрические соединения (например, газовые приборы). .

Structural Metal – 250.104 (C) требует наличия оголенного конструкционного металла, который соединен между собой для образования металлического каркаса здания, не заземлен преднамеренно и, вероятно, окажется под напряжением, должен быть соединен с землей либо в корпусе сервисного оборудования, либо в заземленном проводнике на сервисе. , к проводнику заземляющего электрода или к заземляющим электродам.

Если система переменного тока (AC) подключена к заземляющему электроду в здании или сооружении, тот же электрод должен использоваться для заземления корпусов проводников и оборудования в или на этом здании или сооружении. Если отдельные линии, фидеры или ответвления питают здание и должны быть подключены к заземляющему электроду (электродам), следует использовать один и тот же заземляющий электрод (электроды). Это делается для того, чтобы все металлические предметы в конструкции имели один и тот же потенциал земли (земли).

Какое сопротивление заземления требуется? Позволил?

Если вас спросили: «Сколько Ом сопротивления относительно земли требуется для заземления системы в соответствии с Национальными электротехническими нормами (NEC)?» Что бы вы сказали? А) 25 Ом? Б) 10 Ом? В) 100 Ом? Или D) Можно ли сказать, что NEC не устанавливает минимальные требования?

Если бы вы ответили D) вы были бы правы! Как ни трудно в это поверить, в Национальном электротехническом кодексе не указано минимальное сопротивление заземления для заземления системы.

Рассмотрим статью NEC 250-56

250.56 Сопротивление стержневых, трубчатых и пластинчатых электродов:

 Одиночный электрод, состоящий из стержневого, трубчатого или пластинчатого быть дополнен одним дополнительным электродом любого из типов, указанных в 250.52(A)(2) — (A)(7). При установке нескольких стержневых, трубчатых или пластинчатых электродов в соответствии с требованиями настоящего раздела расстояние между ними должно составлять не менее 1,8 м (6 футов).

 FPN: Эффективность параллельного соединения стержней длиннее 2.5 м (8 футов) улучшается за счет расстояния более 1,8 м (6 футов).

Обратите внимание, что NEC говорит, где «Один электрод…». Также обратите внимание, что он не требует повторных испытаний и подключения дополнительных стержней или стержней дополнительной длины до тех пор, пока не будет достигнуто сопротивление 25 Ом или менее. Эта статья NEC позволяет подрядчику управлять двумя стержнями, расположенными на расстоянии 6 футов друг от друга, без проведения наземных испытаний и заканчивать работу!

Многие районы имеют слоистую (имеется в виду слоистую) песчаную почву. Наиболее чистым песком является кварц, двуокись кремния (SiO2).Диоксид кремния представляет собой высококачественный электрический изолятор, который обычно используется в качестве барьерного материала при имплантации или диффузии примесей, для электрической изоляции полупроводниковых устройств, в качестве компонента металлооксидно-полупроводниковых (МОП) транзисторов или в качестве межслойного диэлектрика при многоуровневой металлизации. структуры, такие как многокристальные модули
. Песок — хороший изолятор; это НЕ хороший заземляющий материал.

Чтобы выйти из условий слоистого песчаного грунта, необходимо вбить заземляющие стержни глубже через слой песка (какой бы глубины он ни был) и в более проводящий грунт.

Размещение нескольких параллельных стержней в песчаной почве практически бесполезно, если требуется соединение с землей с низким сопротивлением — вы должны проникнуть ниже слоя песка.

Национальные электротехнические нормы и правила содержат две таблицы, относящиеся к размерам заземления и соединения.

 Таблица 250.66 Заземляющий провод для систем переменного тока

 Таблица 250.122 Минимальный размер заземляющих проводников оборудования для заземления дорожки и оборудования.

Таблица 250.66 Проводник заземляющего электрода для систем переменного тока

Примечания:
1.При использовании нескольких комплектов служебных проводников, разрешенных в 230.40, Исключение № 2, эквивалентный размер наибольшего служебного проводника должен определяться наибольшей суммой площадей соответствующих проводников каждого комплекта.
2. При отсутствии служебных проводников сечение заземляющего электрода определяется эквивалентным сечением наибольшего служебного проводника, необходимого для обслуживания нагрузки.

Таблица 250.122 Минимальный размер заземляющих проводников оборудования для заземляющих каналов и оборудования

Примечание:
При необходимости, чтобы соответствовать 250.4(A)(5) или (B)(4), сечение заземляющего проводника оборудования должно быть больше, чем указано в этой таблице.
*См. ограничения по установке в 250.120.

Эти таблицы были созданы в отчете комитета IEEE «Руководство по безопасности при заземлении подстанций переменного тока». В отчете комитета обсуждалась обоснованность размеров заземляющих проводников, указанных в таблицах, исходя из типичной длины проводника 100 футов и падения напряжения на проводнике, исходя из этой 100-футовой длины. [Руководство по Национальному электротехническому кодексу — Грегори Биралс — Институт проектирования электротехники].Для длин более 100 футов «минимальный размер», указанный в таблице, может быть недостаточным для устранения неисправности или проведения тока короткого замыкания, подверженного этому.

С практической точки зрения, длина проводов заземляющих электродов редко превышает 100 футов, и на Таблицу 250.66 можно положиться почти без исключений.

Заземляющие проводники оборудования, с другой стороны, часто имеют длину более 100 футов, то есть всякий раз, когда длина ответвленной цепи или фидера с заземляющим проводником оборудования, с которым они установлены, превышает 100 футов.В этих ситуациях минимальный проводник заземления оборудования, указанный в таблице 250.122, не будет достаточным для проведения и/или устранения ожидаемых токов повреждения.

Опытные инженеры-электрики и специалисты по проектированию знакомы с необходимостью увеличения размеров проводников для длинных ответвленных цепей и фидерных проводников для решения и смягчения проблем с падением напряжения. Статья 250.122 (B) предписывает также увеличить длину заземляющего провода оборудования.

250.122 (B) Увеличенный размер. При увеличении размера незаземленных проводников размеры заземляющих проводников оборудования, если они установлены, должны быть увеличены пропорционально площади незаземленных проводников в милах окружности.

Заземляющие проводники оборудования на стороне нагрузки от сервисных отключающих устройств и устройств перегрузки по току имеют размер в зависимости от размера фидера или устройств защиты от перегрузки по току перед ними.

В случае увеличения размера незаземленных проводников цепи (под напряжением, линейных проводников) для компенсации падения напряжения или по любой другой причине, связанной с правильной работой цепи, заземляющие проводники оборудования должны быть пропорционально увеличены.

Пример:

240-вольтовая, однофазная, 250-амперная нагрузка питается от 300-амперного выключателя, расположенного в щите на расстоянии 500 футов.«Обычная» цепь (не увеличенная для ограничения падения напряжения) будет состоять из медных проводников сечением 250 тыс. кмил с медным проводом заземления оборудования 4 AWG. Если сечение проводников было увеличено до 350 тыс. смил из соображений падения напряжения, каков минимальный размер заземляющего проводника оборудования на основе требования пропорционального увеличения?

Решение

ШАГ 1.

Рассчитайте отношение размеров проводов увеличенного размера к проводникам нормального сечения:

ШАГ 2.

Рассчитайте площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования увеличенного размера, умножив соотношение размеров на площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования стандартного размера, взятого из таблицы 250.122 для защитного устройства на 250 А (необходимо использовать следующее большее или 300 А). Таблица 250.122 указывает, что подходит медный провод номер 4 AWG. Согласно главе 9, таблице 8 Национального электротехнического кодекса – свойства проводника
(см. стр. 21), заземляющий проводник 4 AWG имеет площадь поперечного сечения 41 740 круговых милов.

Отношение размеров x круговых мил проводника заземления

1,4 x 41 740 круговых милов = 58 436 круговых милов

ШАГ 3.

Определите размер проводника заземления нового оборудования.

Опять же, обращаясь к главе 9, таблице 8, мы находим, что 58 436 круговых мил больше, чем 3 AWG. Следующий больший размер составляет 66 360 круговых милов, что преобразуется в медный проводник заземления оборудования 2 AWG.

Для данного сценария обычный заземляющий проводник оборудования указан в таблице 250.122 для цепи на 250 А будет медным заземляющим проводником № 4 AWG. В этом случае заземляющий провод оборудования должен быть увеличен до медного заземляющего проводника № 2 AWG, чтобы соответствовать требованиям статьи 250.122 (B) NEC. Цель этого требования к увеличению размера состоит в том, чтобы обеспечить проводник, который имеет адекватное сечение для передачи и отвода ожидаемых токов КЗ.

НЭК гл. 9 Таблица 8

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом (NEC) нейтральный проводник и проводник заземления оборудования должны быть соединены на главной сервисной панели и вторичной стороне отдельной системы (подробнее об этом ниже).NEC разрешает наличие только одной связи между нейтралью и землей в каждой отдельной системе. Неправильные дополнительные соединения нейтрали и земли являются относительно распространенной проблемой, которая не только создает опасность поражения электрическим током для обслуживающего персонала, но также может ухудшить работу электронного оборудования. Неправильное соединение нейтрали и заземления в розетках можно обнаружить с помощью тестера проводки и заземления, предназначенного для этой цели.

Вольтметр также можно использовать для определения наличия неправильных соединений в розетках.Измерение напряжения между нейтралью и землей на выходах может указывать на напряжение в диапазоне от милливольт до нескольких вольт при нормальных условиях эксплуатации и в зависимости от нагрузки, длины цепи и т. д. Однако показание 0 В может указывать на наличие поблизости нейтрали. – грунтовая связь. Чрезмерный ток на заземлении оборудования в распределительных щитах также указывает на возможность соединения заземления нейтрали со стороны нагрузки. Визуальный осмотр нейтральной шины внутри щитов необходим для проверки расположения этих дополнительных и неправильных соединений.

Если в отдельно созданной системе существует более одного соединения нейтрали и заземления, это приводит к тому, что нейтральный и заземляющий проводники преднамеренно соединяются (или соединяются) в двух местах. Это создает параллельное соединение, в котором ток нейтрали делится на часть, возвращающуюся на нейтраль, а остальная часть возвращается к источнику через путь заземления оборудования в соответствии с законом Ома (ток будет делиться пропорционально, чтобы идти по пути наименьшего сопротивления с напряжением падение по каждому параллельному пути одинаково).На рисунке ниже представлены два варианта предотвращения протекания нежелательного тока в системе заземления (и соединения).

Отдельно производные системы — это системы, которые не имеют прямого соединения между выходными и входными проводами питания. Это трансформаторы без прямого соединения между первичной нейтралью системы и вторичной нейтралью, только системы ИБП, которые включают изолирующие трансформаторы, тем самым образуя новый нейтральный провод системы (примечание: все системы ИБП не являются отдельно производными системами), и генераторные установки, которые соединяют к системе электропроводки здания через 4-полюсный безобрывный переключатель являются отдельными системами, поскольку они имеют отдельную нейтраль, которая не имеет прямого соединения с нейтралью сети (из-за 4-го полюса безобрывного переключателя).Двигатель – генераторные установки, применяемые с 3-полюсными системами передачи, имеют прямое соединение с нейтралью системы электроснабжения, не являются отдельно производными системами и не могут иметь заземление нейтрали на двигатель-генераторной установке. [IEEE Std 1100-1999]

Существует много дискуссий об изолированных или выделенных заземлениях, связанных с чувствительным электронным оборудованием. Статья 250.96 (B) Национального электротехнического кодекса разрешает изолировать электронное оборудование от кабелепровода таким же образом, как оборудование, подключаемое шнуром и вилкой, изолируется от кабелепровода.

250,96 (B) Изолированные цепи заземления. Если это необходимо для снижения электрических помех (электромагнитных помех) в цепи заземления, корпус оборудования, питаемый ответвленной цепью, должен быть изолирован от кабельного канала, содержащего цепи, питающие только это оборудование, с помощью одного или нескольких перечисленных неметаллических фитингов кабельного канала, расположенных на точка крепления кабелепровода к корпусу оборудования. Металлический кабельный канал должен соответствовать положениям настоящей статьи и должен быть дополнен внутренним изолированным заземляющим проводником оборудования, установленным в соответствии с 250.146(D) для заземления корпуса оборудования.

FPN (ПРИМЕЧАНИЕ ПЕЧАТНЫМ ПЕЧАТОМ): Использование изолированного заземляющего проводника оборудования не снимает требования к заземлению системы кабельных каналов.

Ключ к этому методу заземления электронного оборудования заключается в том, чтобы всегда гарантировать, что изолированный заземляющий проводник, независимо от того, где он заканчивается в системе распределения, подключен таким образом, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю (через соединение), как требуется NEC 250.4(А)(5).

Несмотря на то, что использование изолированных заземляющих проводников оборудования может быть полезным для уменьшения электромагнитных помех, крайне важно, чтобы требование к изолированному заземлению НЕ приводило к соединению с заземлением, которое изолировано, изолировано или иным образом не подключено к системе заземляющих электродов здания. Такой изолированный заземляющий стержень (соединение с землей) нарушит NEC 250.50.

250.50 Система заземляющих электродов Все заземляющие электроды, как описано в 250.52(A)(1)–(A)(6), имеющиеся в каждом обслуживаемом здании или сооружении, должны быть соединены вместе для формирования системы заземляющих электродов.

Причина, по которой изолированный заземляющий стержень (т. е. тот, который не соединен с другими заземленными или заземленными электродами) запрещен и что NEC требует, чтобы отдельные заземляющие электроды были соединены вместе, заключается в уменьшении разности потенциалов между ними из-за удар молнии или случайный контакт с линиями электропередач. Системы молниезащиты, связи, радио и телевидения, а также системы кабельного телевидения ВСЕ должны быть соединены вместе, чтобы свести к минимуму потенциальные различия между системами.Отсутствие взаимного соединения (или соединения) всех заземляющих компонентов может привести к серьезному поражению электрическим током и пожару.

Например, для установки кабельного телевидения, показанной на рис. 250.39, предположим, что ток индуцируется в линии электропередачи импульсным перенапряжением или ближайшим ударом молнии, так что мгновенный ток в 1000 ампер возникает по линии электропередачи к источнику питания. линия заземления. Такая величина тока не является чем-то необычным при таких обстоятельствах — она может быть и часто бывает значительно выше.Также предположим, что заземление питания имеет сопротивление 10 Ом, что является очень низким значением в большинстве случаев (одиночный заземляющий стержень в обычном грунте имеет сопротивление относительно земли около 40 Ом).

Экспонат 250.39 Установка кабельного телевидения, не соответствующая Кодексу, иллюстрирующая, почему необходимо соединение между различными системами. Ампер × 10 Ом).Этот потенциал в 10 000 вольт будет существовать между системой кабельного телевидения и электрической системой
, а также между заземленным проводником в кабеле кабельного телевидения и заземленными поверхностями в стенах дома, такими как водопроводные трубы (которые подключены к заземлению). по которому проходит кабель. Этот потенциал также может появиться у человека, держащего одну руку на кабеле кабельного телевидения, а другую — на металлической поверхности, подключенной к заземлению (например, на радиаторе или холодильнике).

Фактическое напряжение, вероятно, во много раз превышает расчетные 10 000 вольт, поскольку были приняты чрезвычайно низкие (ниже нормальных) значения как для сопротивления заземления, так и для тока.Однако большинство изоляционных систем не рассчитаны на то, чтобы выдерживать даже 10 000 вольт. Даже если система изоляции выдержит скачок напряжения в 10 000 вольт, она, вероятно, будет повреждена, а пробой системы изоляции приведет к искрению.

Такая же ситуация была бы, если бы бросок тока был в кабельном телевидении или в телефонной линии. Единственная разница будет заключаться в задействованном напряжении, которое будет зависеть от индивидуального сопротивления заземления заземляющих электродов.

Решение состоит в том, чтобы соединить две системы заземляющих электродов вместе или соединить оболочку кабеля кабельного телевидения с заземлением, что именно требуется Кодексом.Когда одна система поднимается выше потенциала земли, вторая система поднимается до того же потенциала, и между двумя системами заземления отсутствует напряжение.

Экспонат 250.40 Установка кабельного телевидения, соответствующая 250.94.

Ниже приведены примеры реальных случаев, когда отдельные основания или предметы, которые должны быть заземлены (заземлены), были изолированы друг от друга (не соединены между собой):

 Женщина заметила «покалывание» электричества во время принятия душа. Расследование показало, что между сливом душа и ручками душа присутствовало электрическое напряжение.Тот факт, что женщина была босиком с мокрыми руками (как люди часто бывают в душе!), способствовал тому, что она заметила разницу в напряжении. Было обнаружено, что причиной проблемы являются паразитные напряжения, создаваемые воздушной распределительной линией. Разница в напряжении была между колодцем и септической системой. Решение состояло в том, чтобы соединить сливную и водопроводную трубы вместе.

 Владелец бизнеса жаловался на постоянные сбои компьютерного модема и компьютера. Коммунальная компания установила, что сбои произошли одновременно с нарушениями электроснабжения (замыканиями на землю) на одном из основных фидеров, обслуживающих объект.Расследование показало, что телефонная, водопроводная и электрическая площадки были электрически изолированы (не связаны друг с другом). Надлежащее соединение (взаимосоединение) систем устранило дальнейшие проблемы с этим заказчиком.

[Примеры взяты из статьи «Заземление энергосистем: практическая точка зрения», номер документа PCIC-2002-xx Джон П. Нельсон, член IEEE]

Термин «заземление Ufer» назван в честь консультанта, работающего в США. Армия во время Второй мировой войны. Техника г.Придуманный Уфером вариант был необходим, потому что на участке, нуждающемся в заземлении, не было грунтовых вод и мало осадков. Пустынное место представляло собой серию хранилищ бомб в районе Флагстаффа, штат Аризона.

Принцип работы Уфера прост. Это очень эффективно и недорого для установки во время нового строительства. В грунте Ufer используются агороскопические свойства бетона. Бетон быстро впитывает влагу и очень медленно ее теряет. Минеральные свойства бетона (известь и другие) и присущее им значение pH означают, что в бетоне есть запас ионов для проведения тока.Почва вокруг бетона «легируется» бетоном. В результате рН почвы повышается и снижает то, что обычно составляет 1000 Ом-метров в почвенных условиях (трудно получить хорошее заземление). Имеющаяся влага (бетон отдает влагу очень медленно) в сочетании с «легированной» почвой является хорошим проводником для электрической энергии или тока молнии.

Эффект почти такой же, как при химической обработке почвы вокруг электрода. Авторы статьи IEEE 1969 года пришли к выводу после обширных испытаний такой электродной системы: «.. . Сети арматурных стержней из … бетонных оснований обеспечивают приемлемо низкое сопротивление заземления, с устойчивостью к току короткого замыкания и импульсным током, подходящим для всех типов конструкций и заземления цепей. . . . Не последними преимуществами арматурной системы являются ее доступность и низкая стоимость». [Фаган и Ли, «Использование арматурных стержней, заключенных в бетон, в качестве заземляющих электродов», Конференция нефтяной и химической промышленности, 1969 г.]

Методы Уфера используются в фундаментах зданий, бетонных полах, радио- и телевышках, анкерных проволочных анкерах башен, осветительных приборах. столбы и др.Медная проволока плохо работает в качестве заземления «уфер» из-за pH-фактора бетона (обычно +7pH). Использование стальной арматуры в качестве основания «Уфер» работает хорошо, и бетон не отслаивается и не отслаивается, как это было с медью. Использование медной проволоки, привязанной к арматурным стержням, находящимся вне бетона, не вызывает ни одной из этих проблем.

Минимальное количество арматуры, необходимое для предотвращения проблем с бетоном, зависит от:

1. Типа бетона, его состава, плотности, удельного сопротивления, фактора pH и т. д.

2. Площадь поверхности бетона, контактирующая с грунтом.

3. Удельное сопротивление грунтов и содержание грунтовых вод.

4. Размер и длина арматурного стержня, проволоки или пластины.

5. Величина тока разряда молнии.

На следующей диаграмме показана проводимость тока молнии на фут арматуры (армирующего стержня). Учитывается только внешний арматурный стержень. Арматура в центре нижнего колонтитула или фундамента в этом расчете не учитывается. В нижнем колонтитуле траншеи можно учитывать только арматуру по бокам и внизу нижнего колонтитула.

Г-н Уфер не знал, что он обнаружил, пока не экспериментировал с проводами различной длины в бетоне. Сегодняшний информированный инженер извлекает выгоду из открытия г-на Уфера и связывает стержни стальной арматуры в здании или другом фундаменте с электрическим заземлением здания. При соединении с электрическим заземлением, строительной сталью и т. д. армированный пол и фундамент здания становятся частью системы заземления здания. Результатом является значительно улучшенная система заземления с очень низким общим сопротивлением относительно земли.

Если бы одного заземления Ufer было достаточно, производители заземляющих стержней разорились бы. Но одной только земли Ufer недостаточно. Немногие здания, даже строящиеся сегодня, построены с учетом преимуществ земли Уфер. Часто можно увидеть использование «заземления Ufer» на военных объектах, компьютерных залах и других сооружениях с очень специфическими характеристиками заземления. Это не распространено на большинстве промышленных предприятий, офисных зданий и жилых домов. Сегодня более распространенным является заземление в соответствии с минимальными национальными и местными электротехническими нормами.Это будет включать в себя один или несколько приводных заземляющих стержней, подключенных (связанных) к нейтральному проводу ввода электрических служб.

В 2005 году NEC был пересмотрен, чтобы четко требовать включения UFER или электрода в бетонном корпусе (теперь в 250.52 (A) (3)), в систему заземляющих электродов для зданий или сооружений, имеющих бетонное основание или фундамент без менее 20 футов площади поверхности, непосредственно соприкасающейся с землей. Это требование распространяется на все здания и сооружения с фундаментом и/или фундаментом высотой 20 футов и более толщиной 1/2 дюйма.или более электропроводящая арматурная сталь или 20 футов или более голой меди не менее 4 AWG.

Заземляющие стержни бывают разных форм, но чаще всего для заземления электрических служб используются заземляющие стержни из оцинкованной стали. Пожалуйста, помните, что лучший день для заземляющего стержня (удельное сопротивление) — это день его установки. Коррозия, остекление и т. д. — все это факторы, снижающие эффективность заземляющих стержней.

Заземляющие стержни в целом делятся на один из следующих размеров; 1/2”, 5/8”, 3/4” и 1”.Они изготавливаются из стали с покрытием из нержавеющей, оцинкованной или медной стали и могут быть изготовлены из твердой нержавеющей или мягкой (неокрашенной) стали. Их можно приобрести в виде секций без резьбы или с резьбой, которые различаются по длине. Наиболее распространенные длины 8 и 10 футов. Некоторые из них будут иметь заостренный конец, другие будут иметь резьбу и могут быть соединены вместе, образуя более длинные стержни при движении.

Эффективность 1-дюймового заземляющего стержня по сравнению с 1/2-дюймовым заземляющим стержнем минимальна при измерении сопротивления. Стержни большего размера выбираются для более сложных почвенных условий.Глинистые или каменистые условия часто диктуют использование силовых приводов, подобных ударному приводу, используемому механиками при работе с вашим автомобилем. Как правило, они электрические или пневматические. Силовые приводы при использовании с тяжелыми 1-дюймовыми заземляющими стержнями будут работать на большинстве почв.

1-дюймовый плакированный медью стержень по сравнению с 1/2-дюймовым плакированным медью стержнем в тех же почвенных условиях дает улучшение производительности примерно на 23%. Площадь поверхности 1/2-дюймового стержня составляет 1,57 по сравнению с 1-дюймовым стержнем с площадью поверхности 3,14 (3,14 x .5 = 1,57 и 3,14 х 1 = 3,14). Таким образом, при удвоении площади поверхности вы получаете улучшение производительности примерно на 23%.

Покрытие заземляющих стержней предназначено для защиты стали от коррозии. Большинство думает, что покрытие (медь на стальном стержне) предназначено для увеличения проводимости стержня. Это помогает в проводимости, но основная цель оболочки — уберечь стержень от ржавчины.

Не все плакированные заземляющие стержни одинаковы, и важно, чтобы плакированный стержень имел достаточно толстую оболочку.Высококачественные стальные заземляющие стержни промышленного качества с медным покрытием могут стоить немного дороже, но они стоят небольших дополнительных затрат.

Когда заземляющий стержень вбивается в каменистую почву, он может поцарапать покрытие, и стержень заржавеет. В сухом состоянии ржавчина не является проводником, на самом деле она является хорошим изолятором. Когда он влажный, он все еще не обладает такой проводимостью, как медь на стержне. Можно проверить рН почвы, и это должно определить тип используемой удочки. В почвах с высоким pH следует использовать только высококачественные плакированные стержни.Если почва очень кислая, лучшим выбором будут нержавеющие стержни. Одним из самых популярных заземляющих стержней является заземляющий стержень из оцинкованной стали.

Этот стержень используется с медными и алюминиевыми проводами для формирования служебного входа в большинстве зданий и домов. Это плохой выбор для удельного сопротивления грунта с течением времени. Соединение между заземляющим стержнем и проводником выполняется над или под поверхностью земли и в большинстве случаев подвержено постоянному воздействию влаги. В наилучших условиях соединение двух разнородных материалов со временем приведет к коррозии и повышению сопротивления.

При соединении разнородных материалов происходит электролиз. Если алюминий используется с медью, которая не покрыта лужением, алюминий будет топтать медь, оставляя меньшую площадь поверхности для контакта, и соединение может ослабнуть и даже привести к возникновению дуги. Любой резкий удар или толчок может привести к разрыву соединения. При установке в грунт не рекомендуется использовать луженую проволоку. Олово, свинец, цинк и алюминий являются более анодными, чем медь, и они исчезнут в почве.При подключении над поверхностью почвы в электрораспределительном щите допустима луженая проволока.

Имейте в виду, что в статье 250.64 Национального электротехнического кодекса указано, что алюминиевые или покрытые медью алюминиевые заземляющие проводники не должны соприкасаться с почвой или бетоном и должны быть подключены не менее чем на 18 дюймов выше конечного уровня при использовании вне помещений.

Другим способом решения проблемы коррозии швов является использование шовного герметика для предотвращения образования мостиков влаги между металлами.Наиболее популярными соединениями являются частицы меди или графита, внедренные в состав консистентной смазки. Использование аналогичного материала является лучшим решением, поскольку даже шовные герметики могут потерять свою эффективность, если их не поддерживать, но их использование предпочтительнее сухого шва. Соединительные компаунды работают путем внедрения частиц в металлы с образованием первичного соединения с низким сопротивлением без воздуха, когда они находятся под давлением. Это давление обеспечивается затяжкой зажима на проводнике и стержне.

Проблема разнородного материала не возникает в плакированных медью стальных стержнях.Из всех вариантов по разумной цене стальной плакированный медью стержень с медным проводником — ваш лучший выбор. Если бы деньги не были проблемой, золотой проводник и заземляющий стержень были бы идеальными, но вряд ли экономически практичными.

Ведомый стержень по сравнению со стержнем с обратной засыпкой намного лучше. Плотность ненарушенного грунта намного выше, чем даже уплотненного грунта. Соединение почвы со стержнем является ключом к производительности стержня.

Одним из интересных аспектов проводников заземляющих электродов является необходимость их физической защиты.Если для защиты проводника заземляющего электрода используется стальная труба или муфта, то на каждом конце муфты должны быть предусмотрены средства, чтобы сделать ее электрически непрерывной с проводником. Этого можно добиться, установив соединительную перемычку на каждом конце муфты и подключив ее к муфте, оборудованию и заземляющему электроду на каждом конце. Причина, по которой этот метод важен, заключается в том, что в условиях тяжелых повреждений муфта стального кабелепровода создает эффект дросселирования (индуктивность муфты создает магнитное поле, противодействующее изменениям тока), и сопротивление системы заземления резко увеличивается.Из-за этого лучше использовать неметаллическое покрытие соответствующего класса (таблица 80, если оно подвержено повреждениям) для физической защиты, когда это возможно.

Установка заземляющих стержней не представляет сложности, но необходимо соблюдать соответствующие процедуры и проверять работоспособность полученных стержней.

Установка заземляющих стержней глубиной более 10 футов сопряжена с рядом проблем. Должны использоваться секционные стержни (обычно длиной 10-12 футов), которые соединяются вместе для достижения желаемой глубины.Муфта имеет больший диаметр, чем стержень, и поэтому образует отверстие больше, чем сам стержень. Это создает пустоту сцепки, ограничивающую контакт грунта с поверхностью стержня дополнительных секций. Только первая секция будет поддерживать полный контакт стержня с почвой.

Ручное забивание стержней с помощью кувалд, трубоукладчиков и других средств не может обеспечить достаточную силу для проникновения в твердые грунты. Механические или механические драйверы необходимы для глубоко забитых стержней.

Материал стержня и конструкция муфты должны выдерживать усилие, необходимое для прохода через твердый грунт.

Из-за экстремальных усилий, необходимых для привода более длинных стержней, муфты винтового типа механически выходят из строя. Резьба срывается, что приводит к плохому контакту стержня с стержнем. Муфта с коническим шлицем/сжатием оказалась самой надежной муфтой.

Для обеспечения полного контакта стержня с почвой можно вводить смесь бентонита натрия (природная глина) в полость муфты при установке стержней. Это обеспечивает проводящий материал между поверхностью стержня и почвой по всей глубине стержня.Для типичного 60-футового заземляющего стержня требуется от 2 до 5 галлонов бентонита.

У более длинных и глубоких стержней есть и обратная сторона: соединенные стержни могут изгибаться при контакте с более плотной почвой. В одном проекте подрядчику требовалось соединить и завести 100-футовый заземляющий стержень, чтобы достичь сопротивления 5 Ом в условиях слоистого песчаного грунта. Когда подрядчик соединил и загнал пятую 10-футовую секцию стержня, было замечено, что «заостренный конец» заземляющего стержня проходит под автомобилем на ближайшей стоянке.[Deep Earth Grounding vs. Shallow Earth Ground, Computer Power Corporation, Мартин Д. Конрой и Пол Г. Ричард — http://www.cpccorp.com/deep.htm]

Эффективность заземляющих стержней снижается из-за состояния почвы. токами молнии, физическими повреждениями, коррозией и т. д., и их следует регулярно проверять на устойчивость. То, что земля была хорошей в прошлом году, не означает, что она такая же и сегодня.

Проверьте его с помощью метода тестирования падения потенциала или метода клещей при условии, что установка подходит для измерения сопротивления заземления с использованием метода клещей (см. следующий раздел для обсуждения инструментов и методов тестирования).

Измерение сопротивления заземления может быть выполнено только с помощью специально разработанного оборудования. В большинстве приборов используется принцип падения потенциала переменного тока (AC), циркулирующего между вспомогательным электродом и тестируемым заземляющим электродом. Показание в омах представляет собой сопротивление заземляющего электрода окружающей земле. Некоторые производители испытательного оборудования недавно представили тестеры сопротивления заземления с клещами, которые также будут обсуждаться.

Принцип измерения сопротивления заземления (падение потенциала – измерение по трем точкам)

Разность потенциалов между стержнями X и Y измеряется вольтметром, а ток, протекающий между стержнями X и Z, измеряется амперметром (см. рис. 13). )

По закону Ома E = IR или R + E / I, тогда можно получить сопротивление заземляющего стержня R. Если E = 20 В и I = 1 А, то:

R = E / I = 20 / 1 = 20

При использовании тестера заземления нет необходимости проводить все измерения.Тестер заземления будет измерять напрямую, генерируя собственный ток и отображая сопротивление заземляющего электрода.

Положение вспомогательных электродов при измерении

Целью точного измерения сопротивления относительно земли является размещение вспомогательного токового электрода Z на достаточном расстоянии от тестируемого заземляющего электрода, чтобы вспомогательный потенциальный электрод Y находился за пределами эффективного площадь сопротивления как заземляющего электрода, так и вспомогательного токового электрода.Лучший способ узнать, находится ли вспомогательный потенциальный стержень Y за пределами областей эффективного сопротивления, — это переместить его между X и Z и снять показания в каждом месте. Если вспомогательный потенциальный стержень Y находится в зоне эффективного сопротивления (или в обеих, если они перекрываются, как на рис. 14), при его смещении полученные показания будут заметно отличаться по значению. В этих условиях невозможно определить точное значение сопротивления относительно земли.

С другой стороны, если вспомогательный потенциальный стержень Y расположен за пределами областей эффективного сопротивления (рисунок X), то при перемещении Y вперед и назад изменение показаний будет минимальным.Снятые показания должны быть относительно близки друг к другу и представлять собой наилучшие значения сопротивления заземления X. показания должны быть нанесены на график так, чтобы убедиться, что они лежат в области «плато», как показано на рис. 15. Эта область часто упоминается как как «площадь 62%».

Измерение сопротивления заземляющих электродов (метод 62%)

Метод 62% был принят после графического рассмотрения и после реальных испытаний. Это наиболее точный метод, но он ограничен тем фактом, что тестируемая наземная часть представляет собой единое целое.

Этот метод применяется только тогда, когда все три электрода расположены на прямой линии, а заземление представляет собой один электрод, трубу или пластину, как показано на рис. 16.

Обратите внимание на рис. заземляющего электрода X и вспомогательного токового электрода Z. Области сопротивления перекрываются. Если бы показания снимались путем перемещения вспомогательного потенциального электрода Y по направлению к X или Z, то разница показаний была бы велика, и невозможно было бы получить показания в пределах разумного диапазона допуска.Чувствительные области перекрываются и постоянно увеличивают сопротивление по мере удаления Y от X.

Теперь рассмотрим рисунок 18, где электроды X и Z расположены на достаточном расстоянии друг от друга, так что области эффективного сопротивления не перекрываются. Если мы нанесем на график измеренное сопротивление, мы обнаружим, что измерения выравниваются, когда Y находится на 62% расстояния от X до Z, и что показания по обе стороны от начальной установки Y (62%), скорее всего, будут в пределах установленную полосу допуска.Этот диапазон допуска определяется пользователем и выражается как
процентов от начального показания +/- 2%, +/-5%, +/-10% и т. д.

Расстояние между вспомогательными электродами

X и Z могут быть указаны, так как это расстояние зависит от диаметра испытанного стержня, его длины, однородности испытанного грунта и, в частности, эффективных площадей сопротивления. Однако приблизительное расстояние можно определить по следующей таблице, которая дана для однородного грунта и электрода диаметром 1 дюйм (для диаметра ½ дюйма уменьшите расстояние на 10 %).

Измерение сопротивления заземления клещами

В отличие от метода падения потенциала (трехточечный), который требует отсоединения тестируемого заземляющего стержня или системы от энергосистемы, этот метод измерения требует соединения между тестируемым стержнем и соединения коммунальной сети со стороны линии с землей. В результате метод дает возможность измерять сопротивление без отключения заземления. Он также предлагает преимущество, заключающееся в том, что он включает соединение с землей и общее сопротивление заземления.

Принцип работы

Обычно заземленную систему общей распределительной линии можно смоделировать в виде простой базовой схемы, как показано на рис. 29, или эквивалентной схемы, показанной на рис. трансформатора, по цепи протекает ток I, который может быть представлен следующим уравнением:

Суть этого в том, что заземляющий электрод для типичной заземленной электрической системы i параллелен заземляющим стержням и стыковым заземлениям на каждом трансформаторе. и полюс, который находится на стороне линии услуги, для которой вы проверяете землю.Все параллельные заземления вверх по течению становятся очень, очень малым параллельным сопротивлением по сравнению с сопротивлением стержня, на который вы опираетесь (R _x).

Если R _x и R ₁ , и R ₂ …. все примерно одинаковой величины и n большое число (например, 200), тогда R _x будет намного меньше, чем

Например, если R _x, R ₁, R ₂, R ₃ и т. д.… все 10 Ом и n = 200, тогда:

к ним), то эквивалентное сопротивление боковых стержней линии (.05 Ом) пренебрежимо мал по отношению к измеряемому сопротивлению заземления (10 Ом).

E/I = Rx установлен. Если I определяется при постоянной величине E, можно получить измеренное сопротивление заземляющего элемента. См. снова рисунки 29 и 30. Ток подается на специальный трансформатор через усилитель мощности через генератор постоянного напряжения 1,7 кГц. Этот ток обнаруживается детектирующим ТТ. На частоте 1,7 кГц сигнал усиливается фильтрующим усилителем. Это происходит до аналого-цифрового преобразования и после синхронного выпрямления.Затем он отображается на жидкокристаллическом дисплее.

Фильтр-усилитель используется для отсекания как тока утечки на коммерческой частоте, так и высокочастотного шума. Напряжение определяется катушками, намотанными вокруг трансформатора тока, которое затем усиливается, выпрямляется и сравнивается компаратором уровней. Если зажим на ТТ не закрыт должным образом, а на ЖК-дисплее появляется индикация ОТКРЫТО или ОТКРЫТО.

Точность клещей на тестере сопротивления заземления хороша для многих сценариев, но имеет свои ограничения.Например, если условия заземления со стороны линии неизвестны (на этом основывается теория работы тестера с клещами) или если в системе электроснабжения не имеется большого количества заземлений со стороны линии (заземления стыков столбов), то трехточечный Падение потенциального теста должно быть выполнено.

Прежде чем использовать и полагаться на данные любого измерительного оборудования, убедитесь, что оно было откалибровано и сертифицировано. Если вы этого не сделаете, данные, которые он предоставляет, могут быть бесполезными.

Это обсуждение методов проверки сопротивления заземления взято из материалов, не защищенных авторским правом, из рабочей тетради AEMC Instruments «Понимание испытаний сопротивления заземления», выпуск 6.0.

Разница между нейтральным и заземляющим проводниками в электротехнике

Нейтральный и заземляющий провода часто путают за пределами электротехнической промышленности, так как оба проводника имеют нулевое напряжение. На самом деле, если вы по ошибке подключите заземляющий провод как нейтральный, большинство устройств будут работать правильно. Однако такое соединение является нарушением правил, поскольку каждый проводник выполняет свою функцию в электроустановке.

Национальный электротехнический кодекс (NFPA 70 NEC) устанавливает цвета изоляции для нейтральных и заземляющих проводов.Стандартные цвета упрощают электромонтаж и делают его более безопасным .

Цвет нейтрального провода: белый или серый
Цвета заземляющего провода: зеленый, зелено-желтый или неизолированный

Эти цвета изоляции разрешены только для нейтральных и заземляющих проводников, и их использование для любой из фаз под напряжением противоречит правилам. Электрики исходят из того, что проводка этих цветов находится под нулевым напряжением, и использование белой или зеленой изоляции для токоведущего проводника было бы смертельной ловушкой (и в первую очередь нарушением правил).

Получите профессиональный электрический проект для вашего следующего строительного проекта.

Роль нейтрального проводника в электрических цепях

Чтобы наглядно представить, как работает нейтральный проводник, представьте, что электроэнергия передается в виде тока через разность напряжений. Напряжение передается по проводнику под напряжением, но нейтральный провод также необходим для двух важных функций:

Служит опорной точкой нулевого напряжения.
Завершение цепи, обеспечивающей обратный путь для тока, подаваемого токоведущим проводником.

Если к электрическому устройству подключен только проводник под напряжением, оно не сработает, поскольку ток не может циркулировать независимо от приложенного напряжения. Это похоже на то, как гидротурбине требуется выпускное отверстие для создания движения: если выпускное отверстие турбины заблокировано, вода не может течь, и турбина не может вращаться.

Когда в установке используется трехфазное питание , могут быть случаи, когда нейтральный проводник не требуется.

Трехфазная система с линейным напряжением 120 В обеспечивает 208 В между фазами, и вы можете подключить нагрузку 208 В между двумя фазами без использования нейтрального провода. Оба проводника под напряжением несут напряжение, но ток может течь, потому что они имеют разных напряжения.
Трехфазные нагрузки, такие как электродвигатели, часто рассчитаны на работу с тремя проводниками под напряжением и без нейтрального проводника. Здесь действует тот же принцип: ток может протекать между токоведущими проводниками при разном напряжении.

Даже если некоторые нагрузки не используют нейтральный проводник в трехфазной установке, он необходим для однофазных нагрузок, которые используют только одно из линейных напряжений. Теоретически, когда к трем фазам подключены одинаковые нагрузки, их токи компенсируются, и нейтральный проводник несет нулевой ток. Однако в реальных установках это невозможно, а нейтральный провод несет дисбаланс токов между тремя фазами.

Роль заземляющего проводника в электрических цепях

Заземляющий проводник имеет нулевое напряжение, как и нейтральный проводник, но выполняет другую функцию.Как следует из названия, этот проводник обеспечивает заземление всех приборов и оборудования.

В нормальных условиях весь ток возвращается через нейтральный проводник, а в заземляющем проводнике ток отсутствует.
При возникновении неисправности в линии заземляющий провод обеспечивает обратный путь для тока неисправности. Устройства электрозащиты могут обнаружить это состояние и немедленно отключить цепь от источника питания.

Без заземления приборы и оборудование попадают под напряжение, если их случайно коснется провод под напряжением.КЗ не отключается, так как устройства защиты могут срабатывать только при наличии тока КЗ в заземляющем проводе. В этом случае любой, кто коснется поверхности, находящейся под напряжением, получит удар током.

Поскольку замыкание на землю может повлиять на любую цепь, заземляющий провод требуется даже при отсутствии нейтрального провода. Например, если в двигателе используется три проводника под напряжением и нет нейтрали, заземление по-прежнему требуется, поскольку любой из проводов под напряжением может вызвать неисправность.

Правильный выбор нейтральных и заземляющих проводников

Проводники под напряжением рассчитаны на ток, который они должны нести, и то же самое относится к нейтральным проводникам в однофазных цепях (они проводят тот же ток, что и провод под напряжением).Однако для трехфазных цепей применяются другие правила: обычно используется провод того же сечения, что и фазные проводники, но в некоторых приложениях для нейтрального проводника требуется провод большего сечения.

Размеры заземляющих проводников ответвленных цепей определяются в зависимости от мощности устройства защиты от перегрузки по току с использованием таблиц, представленных в NEC.
С другой стороны, размеры заземляющих проводников для главного служебного ввода рассчитаны в зависимости от емкости служебных проводников.NEC предоставляет таблицы для обоих случаев.

Работая с квалифицированными инженерами-электриками с самого начала проекта, вы можете быть уверены, что все компоненты указаны в соответствии с NEC и местными нормами. Это обеспечивает не только безопасность, но и быстрое согласование проекта с местными властями. Инженеры-электрики также могут предложить меры по повышению энергоэффективности, чтобы сэкономить на счетах за электроэнергию.

Электрическое заземление с использованием метода нейтрализатора замыкания на землю (катушки Петерсена)

Основным преимуществом использования незаземленного метода на промышленных предприятиях и инженерных сетях является возможность сохранения в рабочем состоянии всей сети до устранения неисправности во время остановки на техническое обслуживание или временные неисправности.

Однако этот метод имеет недостатки, включая перенапряжение и феррорезонанс. Эти трудности можно компенсировать, подключив нейтраль системы к земле через реактор с железным сердечником с высоким импедансом, известный как нейтрализатор замыкания на землю или катушку Петерсена, сохраняя преимущество непрерывности питания с улучшенными характеристиками.

Что такое катушка Петерсена?

Нейтрализатор замыкания на землю, или катушка Петерсена, представляет собой реактор с железным сердечником с высоким импедансом, используемый в трехфазных сетях для уменьшения тока замыкания на землю одиночной линии, уменьшения количества срабатываний автоматического выключателя и повышения непрерывности работы.

Он был изобретен в 1916 году профессором Вальдемаром Петерсеном из Дармштадта, Германия, в результате его исследований явления замыкания на землю. Чтобы поддержать это решение проблемы перебоев в подаче электроэнергии, он представил выдающийся анализ фундаментальных фактов с всесторонним и аргументированным теоретическим изложением своего изобретения.

Хотя Петерсен запатентовал свое изобретение как «Ограничение или подавление токов замыкания на землю, например, катушка Петерсена», для названия этого метода не хватает последовательной и адекватной терминологии.Некоторые термины чрезмерно подчеркивают действия, возникающие при замыканиях на землю, вызванных пробоем в воздухе. Другие выражения указывают на то, что устройство состоит из катушки, что влечет за собой его конструкцию как однофазный реактор. Широко используемый термин «дугогасящая катушка» не совсем удовлетворителен по обеим причинам, упомянутым выше. Также используются слова «настроенный-заземленный» и «резонансно-заземленный» из-за условий, которые мы увидим в следующих разделах.

Американский термин «нейтрализатор замыкания на землю» охватывает функцию устройства при устойчивых замыканиях на землю, а также облегчение, обеспечиваемое в случае поломок в системах с большими зарядными токами.

В энергосистеме емкостной ток короткого замыкания возвращается в систему через короткое замыкание. Аналогично, любая добавленная составляющая тока повреждения, поступающая от других проводимостей между системой и землей, вернется через повреждение. Результирующий ток короткого замыкания будет представлять собой суперпозицию различных компонентов. Если два тока замыкания одинаковой величины и противоположного знака сливаются в месте повреждения, они нейтрализуют друг друга.

Существенной особенностью изобретения Петерсена является добавление индуктивного тока соответствующей величины для нейтрализации емкостного тока короткого замыкания.

Ток нейтрализации может исходить от любого источника, если через неисправность проходит правильное количество тока. Первый подход может заключаться в подключении трехфазного реактора параллельно емкости к земле каждого проводника (рис. 1).

Рис 1. Трехфазный нейтрализатор замыкания на землю

При замыкании на землю в одной фазе емкостной ток номинальной частоты, протекающий между неповрежденными фазами и землей (зарядный ток), будет практически равен току номинальной частоты, протекающему в заземляющих реакторах.Эти компоненты будут сдвинуты по фазе на 180° в месте повреждения, и эффект нейтрализации очевиден.

Напряжение нейтрали, повышенное до фазного напряжения неисправного проводника и междуфазного напряжения, появляется по всей системе между землей и двумя неповрежденными линиями (увеличение на 73%).

Ток через емкость:

Ic = Vф ∙ ω ∙ C

, а ток через реактор:

Ir = Vф/ω ∙ L

где:

Vph = эффективное векторное напряжение
ω = частота в радианах
Кл = емкость
L = индуктивность

Выполняя условие ω ∙ L = 1/ω ∙ C, мы можем подтвердить, что токи через емкости и реактор нейтрализуют друг друга.

Трехфазный метод теоретически верен, но экономически не оправдан. Реактор, подключенный к поврежденной фазе, не активен и снижает рабочую мощность до двух третей (или менее) от общей установленной мощности. Токи через два работающих реактора сдвинуты по фазе на 60°, и результирующий ток в 1,73 раза больше тока через один реактор (I0L).

Схема, показанная на рис. 1, не является практическим предложением, но полезно сравнить эту базовую форму заземления фаз с более совершенным применением того же принципа с реактором, подключенным к нейтрали, как показано на рис. 2.Петерсен дал оба решения в своем оригинальном немецком патенте.

Рисунок 2. Емкостные и индуктивные токи

Реактор подключается к нейтрали генераторов, распределительных трансформаторов или зигзагообразных заземляющих трансформаторов.

Взаимодействие между проводниками системы и землей эквивалентно представлено тремя емкостями по отношению к земле, переданными на нейтраль источника.Заземляющее индуктивное сопротивление, подключенное к нейтрали либо напрямую, либо через заземляющий трансформатор, появится параллельно передаваемым емкостям.

В этом случае общее емкостное сопротивление относительно земли составляет:

1/Σ ω ∙ Cn

, где n = 1, 2 и 3 для трехфазной системы.

Индуктивное сопротивление, удовлетворяющее условию

ω ∙ L = 1/ Σ ω ∙ Cn

отменит такое емкостное сопротивление. Это выражение является правилом Петерсена для настройки заземляющих реакторов с емкостью системы и согласуется с условием входа цепи в резонанс.

Система может быть настроена на 100% или не настроена. При расстройке он может быть недо- или перекомпенсирован, в зависимости от баланса между емкостью и индуктивностью.

На рис. 2 показаны величины емкостного и индуктивного токов, протекающих во время одиночного замыкания на землю. Показанные числа указаны в единицах на единицу (о.е.) при токе до повреждения 1 о.е. через естественные емкости на землю. Из действующего закона Кирхгофа Ib + Ic + 3I0L = 0 на нейтрали.

На рис. 3 показана результирующая векторная диаграмма.

Рисунок 3. Напряжения и токи при одиночном замыкании на землю в фазе а

Изучение поведения системы методом симметричных составляющих

Проанализируем действие нейтрализатора замыкания на землю, расположенного в нейтрали, используя симметричные компоненты.

На рис. 4 показано последовательное соединение сетей прямой, обратной и нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю в фазе а.

Рис. 4. Подключение сетей последовательности при одиночном замыкании на землю на фазе а

Значения X1c, X2c и Xₒc, т. е. распределенные емкостные сопротивления, значительны по сравнению со значениями последовательного импеданса Z1s, Z2s, ZTx, Z1line, Z2line и Zₒline. Затем Z1s и ZTx замыкают накоротко X1c в цепи прямой последовательности, а Z2s и ZTx замыкают накоротко X2c в цепи обратной последовательности.Кроме того, сумма импедансов источника, трансформатора и линии приближается к нулю по сравнению с параллельными Xₒc и 3Xւ.

Для расчета тока короткого замыкания в фазе а подойдет сеть нулевой последовательности.

На рис. 5 показано несколько иное соединение цепей последовательности, выделено распределение тока в реакторе, трансформаторе и емкости. Этот анализ пренебрегает сопротивлением импеданса трансформатора.

Рисунок 5. Распределение тока в сети нулевой последовательности

Обратите внимание, что ток через реактор на рис. 5 только в один раз превышает индуктивную составляющую сети нулевой последовательности, а на рис. 2 — в три раза. Это обстоятельство не должно вызывать путаницы, поскольку это всего лишь алгебраическая уловка, когда число три переходит от тока к индуктивности, а их произведение, напряжение, остается неизменным. Важно помнить, что реактивное сопротивление в нейтрали имеет практическое значение, в три раза превышающее его реальное значение.

Чтобы рассчитать приблизительное реальное значение требуемого реактивного сопротивления нейтрали (в исправном состоянии системы), мы используем уравнение:

Xt + 3Xւ = Xₒc

и получаем:

Xւ = 1/3(Xₒc – Xt)

Из того, что у нас есть на рисунке 5:

Zₒ = j(Xt + 3Xւ) ∙ (-j Xₒc) / (j Xt + 3jXւ — j Xₒc)

Но при резонансе:

ƖXt + 3XւƖ = ƖXₒcƖ

затем:

Zₒ = j(Xt + 3Xւ) ∙ (-j Xₒc) / 0 = ꝏ

Это действует как разомкнутая цепь.

Если в фазе a происходит одиночное замыкание на землю и Zₒ = ꝏ, напряжением нулевой последовательности в момент замыкания будет фазное напряжение перед замыканием на землю в фазе a. Это напряжение позволит протекать емкостным и индуктивным токам в контуре нулевой последовательности, хотя ток не будет протекать в сетях положительной и обратной последовательности.

Обратный путь через место повреждения несет только небольшой остаточный ток из-за составляющих потерь мощности (включая потери тока утечки в изоляторе и потери на коронный разряд), гармоник и несовершенной настройки.Составляющая потерь мощности будет синфазна с напряжением; напряжение и ток одновременно проходят через ноль и гасят дугу на землю без повторного зажигания.

Полезным аспектом дифференциального тока является то, что он помогает обнаруживать постоянные неисправности.

Кроме того, после гашения дуги резонансное состояние будет поддерживать величину напряжения на ней очень близкой к напряжению нулевой последовательности. Это условие низкого напряжения дополнит небольшой остаточный ток при гашении дуги и предотвращении повторного зажигания.В компенсированной системе время восстановления напряжения намного меньше, чем в незаземленных сетях.

Ток замыкания на землю может составлять около 3-10 % от тока незаземленной системы. Напротив, величина циркулирующего тока в контуре, образованном реактором, и собственная емкость относительно земли могут быть значительными.

Обычно естественная емкость относительно земли в нетранспонированных линиях или линиях с большим количеством однофазных отводов неравномерно сбалансирована (несимметричная конфигурация).Обе ситуации являются повседневным явлением в распределительных системах. В этих условиях токи нагрузки могут создавать небольшие напряжения нулевой последовательности. Напряжение нулевой последовательности может действовать как источник между нейтралью и землей и создавать последовательный резонансный контур с Xւ и Xₒc.

При резонансе напряжения на емкости и заземляющем реакторе равны по величине, но противоположны по фазе. Если сопротивление цепи низкое, эти напряжения могут стать очень большими, более значительными, чем приложенное напряжение нулевой последовательности.По этой причине все сети требуют межфазной изоляции.

В предыдущих установках использовался реактор с фиксированным значением, и условия настройки менялись в зависимости от компоновки системы. Ответвители, установленные в новых реакторах, позволяют выполнять ручную или автоматическую настройку. Другие устройства, такие как поршень с системой управления, предлагают безопасные средства для настройки системы.

Пример

Распределительная сеть 13,8 кВ имеет общую зарядную емкость относительно земли (рассчитанную с помощью таблиц) 0.658 мкФ/фаза. Для номинальной частоты 60 Гц без учета импеданса трансформатора рассчитайте:

Емкостное сопротивление нулевой последовательности на фазу (X0c)
Ток емкостной зарядки на фазу (I0c)
Фактическое значение реактивного сопротивления для подключения к нейтрали (XL)
Ток через индуктивную составляющую сети нулевой последовательности при одиночном замыкании на землю (I0L)
Ток номинальной частоты при неисправности (If)
Ток через реальный реактор (3I0L)

Ответ:

-jX0c = -j/120∙π∙C = -j10⁶/120∙π∙0.658 = -j4 031,40 Ом/фаза
jI0c = jVLL/√3∙X0c = j13 800/√3∙4 031,40 = j1,976 А/фаза
jXւ = 1/3(Xₒc – Xt) = j Xₒc/3 = j4 031,40/3 = j1 343,80 Ом
-jI0L = -jVLL/3∙√3∙XL = -j13 800/3∙√3∙1 343,8 = -j1,976 А/фаза
If = jI0c + (-jI0L) = j(I0c-I0L) = j(1,976 – 1,976) = 0 A
3I0L = 3∙1,976 = 5,928 ~ 6 А или VLL/√3∙XL = 13 800/√3∙1 343,80 = 5,928 ~ 6 А

Благоприятные характеристики и недостатки

Нейтрализатор замыкания на землю полезен в системах с частыми одиночными замыканиями на землю в воздухе, например, в воздушных линиях электропередачи.Большинство этих неисправностей являются временными. Пользователи этого метода утверждают, что частота отключений низка, что повышает качество энергосистемы. Нейтрализатор удерживает ток дуги ниже уровня самогашения, устраняя кратковременную неисправность и деионизируя путь дуги, не отключая неисправную линию.

Однако остаточные токи в месте повреждения по-прежнему представляют опасность для людей и оборудования, в том числе возникновение пожаров. В некоторых странах изолированный кабель используется в сетях среднего напряжения. Поэтому некомпенсированный остаточный ток существенно возрастает, увеличивая риски.

Для устойчивых неисправностей коммунальные службы используют нейтрализаторы замыкания на землю вместе со схемой отключения. Типичная система защиты включает в себя однополюсный обходной автоматический выключатель, который закорачивает реактор через заданное время, если неисправность не устранена. Замыкание обходного автоматического выключателя надежно заземляет нейтраль, позволяя стандартным заземляющим реле обнаруживать и выборочно устранять неисправность. Время задержки задает тепловую мощность реактора.

Другой метод заключается в сборке резистора и однофазного силового выключателя параллельно реактору или со вспомогательной обмоткой.Реактор ограничивает ток короткого замыкания и переходное перенапряжение до безопасных значений в момент возникновения неисправности. В случае постоянной неисправности силовой автоматический выключатель включится через заданное время, а сопротивление обеспечит достаточный ток замыкания на землю, чтобы реле сработало и подало сигнал тревоги или отключило выключатель неисправного фидера.

Во многих странах действуют правила, устанавливающие максимально допустимое предварительно установленное время для защиты людей и имущества.

Существенным недостатком традиционного нейтрализатора замыканий на землю является его неспособность гасить повреждения твердой изоляции, такой как бумага, лакированный батист и резина.При использовании нейтрализатора замыкания на землю повреждения кабеля могут повториться и привести к короткому замыканию с достаточным током замыкания, чтобы отключить выключатель неисправного фидера.

Другие недостатки нейтрализатора замыкания на землю включают:

Все системы должны иметь изоляцию для междуфазного напряжения.
Перенастройка реактора необходима, чтобы справиться с изменениями в конфигурации системы.

Области применения нейтрализаторов замыкания на землю

Нейтрализатор замыкания на землю в течение многих лет использовался в значительной части Европы для воздушных линий электропередач, вспомогательных линий электропередач и распределительных линий, где большинство замыканий являются переходными однофазными замыканиями на землю.Китай, Израиль, Бразилия и другие части мира также используют этот метод заземления.

В США нейтрализаторы замыкания на землю не так популярны и поэтому мало используются. Однако одним из приложений является заземление генераторов. Емкость системы в этом случае мала и фиксирована из-за небольшого расстояния от генератора до трансформатора, что снижает необходимость повторной настройки. В случае замыкания на землю генератор может продолжать работать до своевременного отключения. Однако наиболее распространенным подходом для генераторов является заземление с высоким сопротивлением.

Из-за их несимметричных характеристик, возникающих из-за отсутствия перестановки и частых однофазных ответвлений, осторожно применяйте нейтрализаторы замыкания на землю в распределительных сетях. Кроме того, повторяющиеся операции переключения в распределительных сетях требуют постоянной перенастройки реактора. В промышленности они рекомендуются только в критических процессах.

Когда силовая электроника входит в игру

Силовая электроника еще раз помогает улучшить качество обслуживания в электроэнергетических системах.Силовая электроника обеспечивает более быстрое управление значением реактора (практически мгновенное) по сравнению с настраиваемой катушкой, настраивая в момент неисправности, и нет необходимости перенастраивать каждый раз, когда происходит изменение симметрии сети.

Силовая электроника также может компенсировать ток из-за составляющих потерь мощности, гармоник и несовершенной настройки, вводя в сеть смещенный по фазе ток через реактор. Напряжение и ток при неисправности будут очень низкими независимо от импеданса неисправности.

Добавлены функции силовой электроники:

Контроль повторного зажигания дуги в кабелях
Точное обнаружение неисправного фидера
Аннулирование высших нечетных гармоник
Мониторинг частичных разрядов и коронное сканирование
Управление резистором заземления параллельной нейтрали, если он установлен

Коммунальные предприятия и промышленность могут использовать нейтрализаторы замыкания на землю, управляемые силовой электроникой, для систем передачи, вспомогательной передачи и распределения с открытым или изолированным кабелем.

В наши дни силовая электроника является ключевым фактором в достижении основных аспектов защиты: защита оператора, предотвращение пожара и сохранение оборудования.

Короче говоря, силовая электроника помогает устранить все недостатки, перечисленные для традиционного метода нейтрализации замыкания на землю. Это позволяет открытию профессора Петерсена служить на протяжении многих лет.

Обзор характеристик и использования катушек Петерсена

В линиях электропередач, вспомогательных и распределительных воздушных линиях большинство повреждений являются переходными однофазными замыканиями на землю.

Нейтрализатор замыкания на землю, или катушка Петерсена, представляет собой высокоимпедансный реактор с железным сердечником, настроенный на резонанс с естественной распределенной емкостью системы. Когда в воздушной сети возникает одиночное замыкание на землю, пробой самозатухает, и протекает только остаточный ток. Этот низкий ток, наряду с низким напряжением, уменьшит вероятность повторного пробоя.

Реактор может быть подключен непосредственно к нейтрали генератора, нейтрали трансформатора или трансформатору с зигзагообразным заземлением, когда другая нейтраль недоступна или не подходит.

Традиционный нейтрализатор замыкания на землю не может погасить повреждения в твердой изоляции, например в кабелях, и наиболее вероятным исходом будет короткое замыкание со значительным током горения.

Нейтрализаторы замыкания на землю распространены в Европе и некоторых других странах, но не так широко в США.

Силовая электроника помогает преодолеть недостатки традиционных методологий.

Устройства силовой электроники

позволяют использовать нейтрализатор замыкания на землю в коммунальном хозяйстве и обрабатывающей промышленности, полностью компенсируя системы и устраняя остаточные токи.

Миф о нейтральном проводе

//php echo do_shortcode(‘[Responsevoice_button voice=»US English Male» buttontext=»Listen to Post»]’) ?>

Белая книга от American Power Conversion Corp. (APC)

Переиздано из powermanagementdesignline

В этой статье обсуждаются многие распространенные заблуждения относительно функции нейтрального провода и его связи с проблемами питания. Рассмотрены темы выделенных линий, реверсирования фаз, разделительных трансформаторов и заземления.Описаны и подвергнуты критике различные мифы.

В обычной трехпроводной однофазной системе электроснабжения, используемой в большинстве офисов, «нейтральный» провод является одним из трех соединений в настенной розетке. Некоторые полутехнические статьи и рекламная литература по изделиям электрозащиты приписывают этому проводу «особые» свойства. Часто делаются вводящие в заблуждение утверждения относительно функции этого провода и того, как он используется электронным оборудованием. Иногда средства защиты питания продаются на основании претензий, связанных с особым обращением с нулевым проводом.

Факты: Характеристики 3-проводной системы

Типичная настенная розетка в офисе имеет три электрических соединения: «горячий», «нейтральный» и «заземляющий» провода. Все офисное оборудование требует для работы только горячий и нейтральный провода. Третий или заземляющий провод подключается к открытым металлическим частям оборудования. Внутри здания заземляющие соединения всех электрических розеток соединены друг с другом и соединены с водопроводом.Это гарантирует, что все электрооборудование с открытыми металлическими частями имеет эти части, электрически соединенные друг с другом и с открытыми металлическими приспособлениями в здании, такими как водопроводная арматура (см. приложение: «Происхождение 3-проводной системы»). Система проводки показана на рисунке 1:

Рис. 1. Трехпроводная система.

Нажмите, чтобы увеличить

Горячий и нейтральный провода взаимозаменяемы в отношении оборудования.Оба провода силовые. Один из силовых проводов заземлен на источнике из соображений безопасности (см. приложение: «Происхождение 3-х проводной системы»). Единственная причина, по которой два провода различаются (горячий и нейтральный), заключается в том, чтобы определить, какой из проводов заземлен (нейтральный провод).

3-проводная система, которую видит пользователь, фактически получена из трехфазного распределения, в котором используется 5-проводная система. В 5-проводной системе есть 3 горячих провода, 1 нулевой провод и 1 заземляющий провод.В обычной 3-проводной розетке используется только один из 3 горячих проводов.

В Северной Америке миникомпьютеры часто проектируются для использования трехпроводной системы 208 В. В этой 3-проводной системе есть 2 горячих провода и 1 провод заземления (без нейтрального провода). В этом случае два горячих провода являются силовыми проводами. В Европе обычная трехпроводная розетка симметрична, поэтому соединения нейтрального и горячего проводов можно поменять местами, просто повернув вилку.

«Эд» и «Инженер»

В Северной Америке большая часть путаницы в отношении заземления уходит своими корнями в Национальный электротехнический кодекс США.В Кодексе заземляющее соединение розетки именуется «заземляющим» проводником, а соединение нейтрали именуется «заземляющим» проводником. Тонкая разница между «ing» и «ed» привела к тому, что многие ошибочно заменяют эти термины местами в литературе.

Основная ошибка, которая возникает, заключается в том, что реальные проблемы, вызванные проблемами с заземляющим проводом, такие как межсистемный шум заземления, неправильно приписываются заземляющему проводу. В результате пользователи иногда покупают оборудование для защиты электропитания, которое не предназначено для решения проблемы, которую они пытаются предотвратить (межсистемный шум заземления обсуждается в официальном документе APC №8).

Наиболее распространенным примером этой ошибки является покупка съемного изолирующего трансформатора для решения проблемы с контурами заземления или межсистемными шумами заземления. Изолирующие трансформаторы абсолютно не влияют на эти проблемы, потому что они должны пропускать «заземляющий» провод насквозь. Разделительные трансформаторы часто представляются как обеспечивающие «изолированное заземление». На самом деле они обеспечивают изолированный нейтральный или заземленный провод. Это не дает никаких преимуществ при решении проблем с заземлением, которые являются основной причиной проблем с питанием.

Специальные выпуски в Северной Америке

Нейтральный и горячий провода являются взаимозаменяемыми и реверсивными в отношении работы оборудования. Это приводит к вопросам, почему в Северной Америке один из силовых штырей немного отличается по размеру от другого. Естественный, но неверный вывод состоит в том, что правильная «поляризация» важна для правильной работы оборудования.

Фактический ответ на вопрос, почему вилки поляризованы в Северной Америке, можно найти в вездесущем приборе: вкручиваемой лампе накаливания.Этот прибор, давно стандартизированный, нарушает многие современные правила техники безопасности, но слишком распространен, чтобы его можно было объявить вне закона. Силовые соединения с лампой включают резьбовое гнездо и утопленную «кнопку» в нижней части патрона. Единственная причина, по которой штыри на вилке с двумя штырями имеют разные размеры, заключается в том, чтобы гарантировать, что более опасное соединение, более доступная резьбовая розетка всегда подключается к нейтральному или более безопасному проводу. Все современные двухконтактные приборы и офисное оборудование сконструированы таким образом, что их можно подключать любым способом, и они просто используют стандартную вилку, которая имеет штыри разного размера.

Что такое выделенная линия?

Выделенная линия — это линия электропередачи, которая проходит от панели выключателя до критической нагрузки и к ней не подключены никакие другие нагрузки. Обычно автоматический выключатель питает несколько розеток; с выделенной линией один автоматический выключатель питает только одну розетку, к которой подключена защищаемая нагрузка. Преимущества выделенной линии трижды:

Во-первых, защищаемая нагрузка не подвержена колебаниям входного напряжения, которые могут быть вызваны другими нагрузками, подключенными к той же цепи.Такие колебания могут быть вызваны падением напряжения в электропроводке здания, вызванным токами, потребляемыми соседними нагрузками. Эти изменения предотвращаются выделенной линией, поскольку соседние нагрузки больше не используют одну и ту же проводку здания.

Во-вторых, защищаемая нагрузка не подвержена колебаниям напряжения заземляющего провода, которые могут возникнуть в результате проникновения шума от соседних нагрузок. Это уменьшает межсистемный шум земли.

В-третьих, защищенная нагрузка не подвержена потенциальной опасности срабатывания автоматического выключателя ее источника из-за неисправности другой нагрузки, поскольку с выделенной линией ни одна другая нагрузка не использует тот же автоматический выключатель.Выделенная линия может быть установлена в любое время. Электрик просто устанавливает новый автоматический выключатель в панель автоматического выключателя и подводит новый провод к новой или существующей розетке переменного тока.

Когда ИБП используется с критической нагрузкой, функции регулирования напряжения и предотвращения срабатывания автоматического выключателя выделенной линии становятся ненужными. Преимущества выделенной линии в снижении межсистемных шумов на землю не могут быть достигнуты с помощью ИБП или любого другого оборудования кондиционирования питания.Только правильное соединение компьютерного оборудования может компенсировать проблемы, связанные с межсистемным шумом заземления (см. информационный документ APC № 8).

Мифология нейтрального провода

Существует ряд мифов, связанных с нулевым проводом и они описаны:

Миф: для работы компьютеров требуется «чистое» соединение нейтрального провода.

Многие компьютеры не имеют даже соединения с нулевым проводом! Большие серверы и маршрутизаторы не имеют нейтрального соединения.Эти компьютеры получают питание от двух горячих проводов.

В Европе в большинстве стран есть нейтральное соединение, но вилка сконструирована таким образом, что ее можно заменить на горячий провод, просто повернув вилку. Таким образом, компьютер даже не знает, какой из его входных проводов в конечном итоге будет подключен к нейтральному проводу, а какой к горячему проводу.

Миф: Нейтральный провод используется в качестве эталона для компьютерной логики.

Все агентства по безопасности, такие как UL и TUV, оговаривают, что такое подключение не допускается.На самом деле правила гласят, что не может быть никакого соединения или цепи любого вида и что между любой логической ссылкой и нейтральным или горячим проводом должно быть не менее 1/2 см физического пространства.

Миф: компьютер обрабатывает нейтральный провод не так, как горячий провод.

Международные правила безопасности офисной продукции (включая IEC 950 и UL 1950) запрещают обращаться с этими проводами по-другому. Каждый из них считается угрозой безопасности в соответствии с правилами и должен быть отсоединен от логических схем и иметь соответствующие безопасные расстояния.Кроме того, при осмотре электрических схем любого компьютерного оборудования ясно видно, что входной «горячий» и «нейтральный» провода подключаются к одним и тем же цепям одинаковым образом и являются взаимозаменяемыми. Вера в этот миф очень редка в Европе, поскольку каждый может видеть, что европейскую вилку можно перевернуть.

Миф: Проблемы с заземлением или петли можно устранить с помощью изолирующего трансформатора.

Международные правила безопасности офисной продукции, включая IEC 950 и UL 1950, требуют, чтобы изолирующий трансформатор мог изолировать только горячие и нейтральные провода; заземляющий провод должен проходить прямо.Поскольку компьютерные цепи, включая цепи передачи данных, подключены к проводу заземления, а не к нейтральному проводу, изолирующий трансформатор или любой стабилизатор напряжения или ИБП с изолирующим трансформатором абсолютно не влияют на проблемы с заземлением компьютера.

Миф: помехи на нейтральном проводе попадают в компьютерные цепи.

Международные правила безопасности офисной продукции, включая IEC 950 и UL 1950, запрещают любое преднамеренное замыкание цепи между силовой проводкой и компьютерными цепями.Однако непреднамеренная связь может происходить из-за излучения, как и радиопомехи. Такая связь не будет отличаться от нулевого провода и от горячего провода. Частоты, на которых может действовать такая электромагнитная связь, обязательно должны быть на длинах волн, сравнимых с физическим размером компьютера или сети или короче их: многие десятки миллионов циклов в секунду (МГц). Уменьшение таких помех может быть достигнуто с помощью фильтров синфазных радиочастот.

Миф: Назначение выделенной линии — решить проблемы с нулевым проводом.

Назначение выделенной линии не связано с нулевым проводом (см. объяснение выделенной линии в предыдущем разделе).

Во-первых, и это наиболее важно, выделенная линия гарантирует, что никакие другие нагрузки не будут использовать одни и те же два провода питания. Другие нагрузки, если они подключены, могут потреблять токи, которые могут вызвать падение напряжения в проводке здания, питающей критическую нагрузку.Выделенная линия уменьшает колебания напряжения питания защищаемого оборудования, устраняя эффект, который может иметь другое оборудование, подключенное параллельно.

Во-вторых, выделенная линия гарантирует, что никакие другие нагрузки не будут использовать один и тот же заземляющий провод. Другие нагрузки, если они подключены, могут создавать помехи в общем заземляющем проводе, в результате чего напряжение заземляющего соединения на критической нагрузке будет отличаться от напряжения на панели автоматического выключателя. Эта проблема называется межсистемным шумом заземления (см. техническое примечание APC № T8) и может вызвать сбои в передаче данных и даже повреждение пользовательского оборудования.Выделенная линия уменьшает межсистемный шум заземления на защищаемом оборудовании, устраняя эффект, который может иметь другое оборудование, подключенное параллельно.

Миф: разделительный трансформатор выполняет ту же функцию, что и выделенная линия.

Разделительный трансформатор не регулирует вводную линию и, следовательно, не выполняет основную функцию, которую обеспечивает выделенная линия. Правила техники безопасности не разрешают изолирующему трансформатору прерывать заземляющий провод.Следовательно, трансформатор не может обеспечить какое-либо снижение межсистемных шумов заземления, которое может обеспечить выделенная линия.

Изолирующий трансформатор обеспечивает защиту от перенапряжения, чего не обеспечивает выделенная линия. Изолирующий трансформатор устраняет любые помехи между нейтральным проводом и заземляющим проводом. Большая часть этого шума НЕ удаляется выделенной линией, потому что она вызвана не другими нагрузками, а скорее радиочастотным наводом, который возникает независимо от того, выделена линия или нет.Поэтому выделенная линия и разделительный трансформатор не имеют общего функционала.

Миф: синфазный шум является проблемой заземления.

Синфазный шум — это шум между силовыми проводами и заземляющим проводом. Наличие нулевого провода не требуется (многие компьютеры не имеют подключения нулевого провода). Проблемы с заземлением возникают только в компьютерных установках, когда две отдельные части заземленного оборудования соединены между собой линиями передачи данных.Правильным термином для «проблем с заземлением» является «межсистемный шум заземления». Синфазный шум и межсистемный шум заземления являются отдельными явлениями, которые оказывают совершенно различное воздействие на оборудование и зависят от различных типов оборудования защиты электропитания.

Происхождение 3-х проводной системы

Основная цель проектирования энергосистемы состоит в том, чтобы гарантировать, что любой пользователь, который прикоснется к открытым металлическим поверхностям двух единиц оборудования одновременно, не подвергнется поражению электрическим током.

Опасность поражения электрическим током возникает, когда две открытые металлические поверхности имеют разное напряжение. Наиболее распространенный тип опасности поражения электрическим током возникает, когда горячий провод или цепи, подключенные к горячему проводу, случайно соприкасаются с открытой металлической частью какого-либо оборудования.

Электроэнергия течет в виде тока, который должен пройти через оборудование, а затем вернуться к источнику питания. Поэтому удобно думать, что один провод к нагрузке является проводом «исток», а другой — проводом «возврата».Эта простая модель подходит для систем постоянного тока, но не работает для систем переменного тока, потому что поток энергии постоянно меняет направление с частотой 50 или 60 раз в секунду. С точки зрения оборудования или источника питания, исходный и обратный провода постоянно меняются местами. На самом деле никакое оборудование не может сказать, какой провод какой! Легко показать, что два силовых провода к любому оборудованию переменного тока можно поменять местами без какого-либо влияния на его работу.На самом деле, в Европе, в отличие от Северной Америки, вилка оборудования может быть подключена любым способом! (Асимметричный смещенный контакт заземления на трехпроводной розетке в Северной Америке делает невозможным обратное подключение двух проводов питания). Этот факт симметрии, кажется, противоречит четкой маркировке проводов питания переменного тока как «горячих» и «нейтральных».

Причина, по которой один из проводов питания назван «нейтральным», заключается в том, что он подключен непосредственно к заземлению здания на панели автоматического выключателя.Поэтому он подключается непосредственно к заземляющему (третьему) проводу. Таким образом, два из трех проводов в настенной розетке на самом деле являются проводами с заземлением, один из которых используется для передачи энергии, а другой подключается только к открытым металлическим частям оборудования. Заземленный провод питания называется «нейтральным», потому что он не опасен для открытых металлических частей или сантехники. «Горячий» провод получил свое название потому, что он опасен.

Заземление нулевого провода не связано с работой электрооборудования, но необходимо из соображений безопасности.Чтобы уменьшить вероятность поражения электрическим током, важно предусмотреть средства для автоматического отключения электрической цепи, если открытая металлическая часть случайно соединится с горячим проводником или цепью. Это достигается с помощью 3-проводной системы с помощью оригинальной техники:

Каждая электрическая цепь защищена автоматическим выключателем. Назначение автоматического выключателя состоит в том, чтобы предотвратить перегрев электропроводки здания в результате подключения чрезмерных пользовательских нагрузок.Однако в 3-проводной системе автоматический выключатель выполняет еще одну важную функцию безопасности. Если горячий провод или цепь случайно соединится с открытой металлической частью оборудования, возникнет опасность поражения электрическим током. Однако, если открытые части подключены к заземляющему проводу, то горячий провод подключается к заземляющему проводу. Это не вызовет ничего необычного, за исключением того факта, что второй провод питания, нулевой провод, также подключен к проводу заземления на панели автоматического выключателя.Следовательно, для этой угрозы безопасности заземляющий провод по существу подключается как нагрузка. Низкое сопротивление заземляющего провода приводит к тому, что он потребляет очень большой ток, когда он непреднамеренно подключается в качестве нагрузки, что, в свою очередь, вызывает срабатывание автоматического выключателя, питающего горячий провод. Таким образом, 3-проводная система работает таким образом, что угроза безопасности преобразуется в состояние перегрузки по току, в результате чего угроза безопасности автоматически устраняется автоматическим выключателем. Автоматический выключатель используется как для защиты от перегрузки по току, так и для защиты от поражения электрическим током.

Заключение

С нулевым проводом связано множество недоразумений и мифов, связанных с качеством электроэнергии. Фактически нулевой и горячий провода взаимозаменяемы с точки зрения защищаемого оборудования. Правильное понимание проблем, связанных с нейтральным проводом, может помочь гарантировать, что проекты энергосистем реализуются по правильным причинам.

Основы защиты от замыканий на землю и заземление инвертора

Замыкания на землю

Замыкание на землю вызвано поврежденной проводкой, неисправными электроинструментами или старыми приборами, которые позволяют электричеству идти по незапланированному пути к земле .Иногда корпуса электроприборов могут электризоваться, что может привести к поражению электрическим током при прикосновении к ним.

Инверторы мощности Wagan PureLine, номера артикулов: 3800 (400 Вт), 3802 (700 Вт), 3804 (1000 Вт), 3808 (2000 Вт) и 3810 (3000 Вт), все они имеют встроенные функции обнаружения замыкания на землю и отключения переменного тока.

При обнаружении замыкания на землю инвертор немедленно отключает питание переменного тока до тех пор, пока:

Замыкание на землю удалено.
инвертор сбрасывается путем переключения выключателя питания.

Эта функция выключения из-за замыкания на землю заставила некоторых клиентов задаться вопросом, почему их инвертор отключился, хотя явного замыкания на землю нет. Это не тайна; слишком много заземления в их проводке переменного тока! Вам нужно только одно заземление на стороне переменного тока инвертора; и инвертор обеспечивает это соединение. Дополнительные соединения заземления с нейтралью вызывают срабатывание GF.

Прежде чем мы продолжим, обратите внимание, что Чрезвычайно важно читателю известно, что в этом обсуждении проводится различие между следующими точками заземления, используемыми в установках инвертора:

Клемма заземления корпуса инвертора.
Клемма заземления клеммной колодки высокого выходного напряжения переменного тока.
Винт заземления нейтрали внутри коробки панели электрического выключателя (если используется коробка выключателя).
Заземление Заземление – водопроводная труба, заземляющий стержень или отрицательная клемма аккумулятора

В Национальном электрическом кодексе для всей распределенной электропроводки переменного тока указано, что источник переменного тока (в данном случае инвертор PureLine и большинство инверторов Wagan Tech) обеспечивает соединение нейтрали с землей (соединение).

Любое обнаружение замыкания на землю срабатывает при обнаружении неравных токов, протекающих через горячий и нейтральный проводники.Предполагается, что несбалансированный ток вызывает нежелательный электрический путь к земле, то есть: Замыкание на землю .

Необнаруженные замыкания на землю могут привести к летальному исходу. Если либо нейтраль, либо горячее соединение имеют какое-либо дополнительное соединение с землей — даже всего пять миллиампер дифференциального тока, цепь замыкания на землю сработает.

Если вы случайно подключите нежелательный дополнительный путь к земле, сработает защита от замыкания на землю.

Выходные клеммы переменного тока инвертора обеспечивают соединение нейтрали с землей, и никакие другие подобные соединения не допускаются.

Все извещатели замыкания на землю не требуют подключения провода заземления, поскольку они обнаруживают дифференциальный ток между горячим и нейтральным проводами. Заземляющие провода предназначены для предотвращения подачи напряжения на корпуса оборудования, также известные как «корпуса».

Поэтому пользователь должен отделять все нейтральные провода от любых заземляющих соединений. Это означает, что соединительный винт нейтральной шины панели выключателя переменного тока не затянут для соединения с блоком выключателя. И никогда не устанавливайте перемычки с нейтрали на заземляющие провода в электрических розетках.Опять же, дополнительные пути к земле вызовут срабатывание схемы отключения.

Как заземлить всю систему? Он заземляется с помощью клеммы заземления корпуса, прикрепленной к инвертору. Подсоедините провод 6 AWG от клеммы заземления корпуса к любой удобной точке заземления, которая включает в себя: металлическую водопроводную трубу, заземляющий стержень или другой крупный металлический предмет, частично зарытый в землю. Если подходящей точки заземления не существует, подключите корпус к отрицательной клемме аккумуляторной батареи.

НЕТ ЯРЛЫК

Не выполняйте винтовое соединение заземления корпуса на отрицательной клемме аккумулятора инвертора. Проведите заземляющий провод корпуса до отрицательного полюса аккумуляторной батареи.

О заземлении переменного тока .

Заземляющие провода, которые проходят параллельно или связаны с горячим и нейтральным проводами и подключены к розеткам переменного тока или приборам, никогда не подключаются к для прохождения тока. Заземляющая проводка, которая соединяется с корпусом прибора, предназначена для предотвращения электризации корпуса и поражения электрическим током.Это не зависит от определения замыкания на землю и отключения.

Единственным соединением заземляющего провода в этом обсуждении проводки переменного тока является соединение с клеммной колодкой высокого выхода инвертора. Клемма заземления клеммной колодки внутренне соединена с винтом заземления корпуса, который соединен с заземлением. Таким образом, существует непрерывное соединение от заземления заземления до проводов заземления проводки переменного тока.

Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с заземлением инвертора, обратитесь в службу технической поддержки Wagan по адресу CustomerService@Wagan.ком или по телефону 1.800.231.5806.

Эффективное заземление для фотоэлектрических систем

Эффективное заземление в фотоэлектрических (PV) системах — это создание опорного заземления с низким импедансом на стороне переменного тока инвертора или группы инверторов, которое спроектировано так, чтобы быть совместимым с распределительной сетью. требования сети и существующая схема заземления. Коммунальным компаниям часто требуется эффективное заземление для коммерческих, промышленных или коммунальных фотоэлектрических распределенных источников энергии (DER) в точке общего соединения.

Надлежащее проектирование эффективного заземления необходимо из-за его критической функциональности во время событий замыкания на землю. Это также является серьезной проблемой присоединения. Неотъемлемые сложности делают эффективное проектирование заземления приоритетом на этапе планирования проекта и могут гарантировать более экономичную конструкцию.

Понимание функциональных возможностей эффективного заземления

Требования к электросети по эффективному заземлению играют ключевую роль в снижении потенциальных временных перенапряжений, которые могут возникать от фотоэлектрических инверторов.Когда в трехфазной распределительной сети возникает замыкание на землю, оборудование подстанции обычно обнаруживает это и размыкает соответствующую цепь. Это эффективно изолирует часть сети от поврежденного участка и воспринимается как потеря линии на PV DER.

Предоставлено S&C Electric Company

Фотоэлектрические системы во время замыкания на землю. В соответствии со стандартами, установленными Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), в частности, IEEE 1547, фотоэлектрические инверторы, подключенные к сети, будут немедленно обесточивать распределительные фидеры во время определенных сценариев ненормальной работы сети, включая замыкания сети на землю. и потеря линии.Эта функция называется защитой от изолирования, и ее время отклика обычно не превышает секунды после события. В качестве защитной функции защита от островков может быть очень эффективной. Однако для крупномасштабных трехфазных PV DER время отклика против изолирования может быть недостаточно быстрым.

Эффективное заземление во время событий замыкания на землю. Когда оборудование подстанции изолирует неисправную линию в сети, оно одновременно изолирует опорную точку заземления системы для этого участка сети. В течение короткого периода времени, необходимого PV DER для обнаружения изолированного состояния и отключения, он продолжит питать нагрузки.Если оно не оснащено надлежащим эффективным заземлением, оно также может привести к потенциально опасным временным перенапряжениям (TOV) на исправных линиях.

Ответственность коммунальных предприятий во время замыканий на землю. Во время событий TOV все соседние цепи и оборудование подвергаются риску. Коммунальная компания может быть привлечена к ответственности за ущерб, независимо от того, что вызвало ТОВ. Поэтому коммунальной компании может потребоваться эффективное заземление, совместимое с ее собственной инфраструктурой заземления, как неотъемлемая часть конструкции фотоэлектрической системы.Эти эффективные требования к заземлению служат своего рода страховкой.

Требования к навигационным утилитам

Каждая коммунальная компания — как и AHJ — определяет, что требуется, и утверждает свои принятые действующие правила заземления и технические параметры. С более чем 3000 коммунальных предприятий, участвующих в развивающейся индустрии PV DER, существует множество возможных требований к эффективным схемам заземления. Эти требования во многом различаются. Тем не менее, дискуссия в первую очередь связана с тем, как каждая коммунальная компания определяет эффективные требования к заземлению в отношении конструкции своей системы, и как это определение изменилось в последние годы, чтобы идти в ногу с увеличением количества фотоэлектрических инъекций.

Моделирование фотоэлектрических инверторов в качестве генераторов. IEEE, лидер в области технических стандартов, принятых коммунальными предприятиями, исторически определял эффективное заземление с расчетами коэффициентов в качестве индикаторов, используя переменные, легко применимые к вращающимся генераторам. Генераторы представляют собой источники постоянного переменного напряжения с движущимися частями; из-за механической инерции генераторы являются источником больших токов короткого замыкания. В отличие от генераторов, фотоэлектрические инверторы представляют собой источники питания с ограниченным током, защищенные встроенными релейными функциями, которые могут отключаться в течение нескольких циклов после обнаружения ненормальной работы сети.

Некоторые переменные в обычных расчетах эффективного заземления IEEE не определены для фотоэлектрических инверторов. Это вынуждает производителей оборудования, инженеров и коммунальных служб идентифицировать эти переменные в отсутствие определенных стандартов. Более того, в сценариях замыкания на землю в сети поведение фотоэлектрических инверторов значительно отличается от поведения обычных генераторов.

Предоставлено SMA-Америка

Моделирование фотоэлектрических инверторов как источников с регулируемым током. В 2017 году IEEE утвердил шестую часть стандарта IEEE C62.92 Руководство по применению заземления нейтрали в системах электроснабжения. Часть VI: Системы, питаемые от источников с регулируемым током. Источники с регулируемым током являются инверторами согласно определению IEEE, и этот стандарт учитывает вышеупомянутые различия между обычными генераторами и фотоэлектрическими инверторами.

Требования к полезному моделированию. Некоторые коммунальные службы используют новое руководство IEEE 62.92.6 для определения эффективного заземления. Это очень контекстуализированная модель, хотя и сложная.Другие коммунальные предприятия по-прежнему используют обычные коэффициенты на основе генератора, которые могут быть не самыми подходящими. Более крупные коммунальные предприятия могут даже иметь собственные расчеты коэффициентов, основанные на их конкретных профилях нагрузки и требованиях IEEE, и могут четко излагать их для разработчиков в своей юрисдикции.

Интеграция эффективного заземления в планирование проекта

Внедрение эффективной инженерии заземления в разработку проекта отвечает интересам каждого разработчика. Недооценка или непонимание требований AHJ к эффективному заземлению может обойтись так же дорого, как и полное их игнорирование.Заинтересованные стороны проекта должны учитывать политику коммунальных предприятий, пороговые значения мощности, выбор соответствующего оборудования и схемы защиты.

Когда начинать. Требования к электросети определяют соответствующую эффективную конфигурацию заземления. Поскольку общепринятых отраслевых стандартов не существует, исследования должны начинаться в начале разработки проекта, чтобы было достаточно времени для проектирования. Некоторые утилиты могут предложить больше рекомендаций, чем другие. Оперативный сбор данных дает больше времени для согласования и спецификации оборудования.

Выбор оборудования. Эффективное заземление может быть выполнено с помощью различных аппаратных опций, определяемых требованиями коммунальных служб, сроками поставки оборудования и предпочтениями в отношении оборудования. Если бы исследование было своевременным, эффективное заземление могло бы даже способствовать выбору оборудования для наиболее экономичных решений. Например, разработана ли фотоэлектрическая система со струнными инверторами — и в этом случае можно использовать зигзагообразный трансформатор или заземленный трансформатор по схеме «треугольник» — или это центральный инвертор со встроенным трансформатором, для которого более подходящим является заземляющий реактор? ?

Снижение стоимости и сложности. Обеспечение того, чтобы первоначально заданное оборудование было близко к окончательному одобренному оборудованию, позволяет избежать дорогостоящих итераций, когда требования к изменению трансформаторов могут составлять десятки тысяч долларов, не говоря уже о потенциальных задержках в графиках ввода в эксплуатацию и ненужных головных болях. Если требования AHJ неясны, особенно важно иметь опытную команду инженеров для управления процессом.

Чтобы получить дополнительные советы по оптимизации фотоэлектрических систем коммерческого или коммунального масштаба, свяжитесь с Pure Power Engineering, чтобы узнать больше о наших услугах по проектированию и разработке строительных чертежей.

Советы по электромонтажу: что такое «горячее», «нейтральное» и «земля»

Прежде чем приступить к выполнению какого-либо проекта или модернизации вашей электрической системы, вы должны иметь некоторое представление о том, как она работает. Проводка — это то, как электричество распределяется по всему дому, что, возможно, делает ее наиболее важной частью вашей электрической системы. Но как проводке удается транспортировать электричество?

Ответ станет более ясным, если мы рассмотрим три роли, которые должна выполнять проводка: горячая, нейтральная и заземляющая.Эти три компонента работают в тандеме для распределения электроэнергии по всему дому, а также помогают поддерживать электрическую безопасность. Рекомендуется понимать возможности каждого компонента.

Для домовладельцев из Милуоки, которым нужны советы по электромонтажу, Roman Electric подготовила руководство по горячему, нейтральному и заземляющему проводам. Следуйте нашему руководству ниже, чтобы лучше понять вашу электрическую систему!

Горячая проволока

Горячий провод используется в качестве начальной подачи питания в цепь.Он проводит ток от источника питания к розетке. Выступая в качестве первого экземпляра цепи, они всегда несут электричество, а это означает, что опасно прикасаться к горячему проводу, когда его питает источник питания.

Горячий провод идентифицируется по черному корпусу. Это основной цвет провода для большинства домов. Однако другие горячие провода могут быть красными, синими или желтыми, хотя эти цвета могут указывать на другую функцию, помимо питания розетки. В любом случае, со всеми горячими проводами следует обращаться одинаково: не прикасайтесь к горячим проводам, если нет подключенного и работающего источника питания.

Нейтральный провод

После того, как горячий провод инициировал начало цепи, должен быть еще один провод, чтобы завершить цепь. Эту роль выполняет нулевой провод. Нейтральный провод возвращает цепь к первоначальному источнику питания. В частности, нейтральный провод соединяет цепь с землей или шиной, обычно подключаемой к электрическому щиту. Это обеспечивает циркуляцию тока через вашу электрическую систему, что позволяет полностью использовать электричество. Кроме того, это предотвращает наличие неисправных или избыточных токов в вашей розетке.

Нейтральные провода обозначаются белым или серым корпусом. Хотя по ним не всегда может циркулировать электрический ток, обращаться с ними следует с такой же осторожностью, как с горячей проволокой.

Провод заземления

Итак, если горячая и нейтральная части уже используются для создания цепи, какая роль остается? Ответ — безопасность, конечно! Заземляющий провод действует как защита от нестабильных электрических токов. В нормальных условиях цепи заземляющий провод не несет никакого тока.Но когда происходит электрическая авария, такая как короткое замыкание, заземляющий провод отводит нестабильный ток от вашей электрической системы и направляет его на землю.

Провод заземления легко узнать по зеленому корпусу. Но не во всех домах он может быть.

Повторное заземление нулевого провода на вводе в здание, правила ПУЭ, защитное заземление опор

Основные виды

Глухое погружение нейтрали

Применение системы TN-C

Применение системы TN-S

Тип заземления ТТ

Изолированный нейтральный проводник

Назначение и устройство

Линии электропередач

Совместимость с устройствами отключения

Важная характеристика – сопротивление

Повторное заземление — для чего оно нужно и как оно устроено?

Применение системы TN

Применение системы TN-С

Применение системы TN-C-S

Применение системы TN-S

Воздушные линии электропередач

Совместимость с устройствами отключения

Нормы сопротивления заземляющих устройств

Повторное заземление ВЛИ | ehto.ru

Что такое повторное заземление ВЛИ?

Деревянные опоры линий электропередач

Железобетонные опоры

Повторное заземление ВЛИ на бетонной опоре

Повторное заземление на деревянной опоре

Советы практика

Полезно почитать

Поделиться ссылкой:

Повторное заземление линий электропередачи | elesant.ru

Вступление

Повторное заземление нулевой жилы СИП на опоре

Нужно ли делать повторное заземление на опоре ответвления частного дома

Как делается повторное заземление без отключения магистрали

Похожие статьи

Повторное заземление нулевого защитного проводника

Повторное заземление нулевого защитного проводника — КиберПедия

Назначение повторного заземления нулевого провода

Повторное заземление нулевого провода

Повторное заземление нулевого защитного проводника

Заземление и соединение электрических систем Справка

Цель.

Зачем тратить время на изучение заземления и связи?

База и Ресурсы.

Что может служить заземляющим электродом?

Какое сопротивление заземления требуется? Позволил?

Принцип измерения сопротивления заземления (падение потенциала – измерение по трем точкам)

Положение вспомогательных электродов при измерении

Измерение сопротивления заземляющих электродов (метод 62%)

Расстояние между вспомогательными электродами

Измерение сопротивления заземления клещами

Принцип работы

Разница между нейтральным и заземляющим проводниками в электротехнике

Получите профессиональный электрический проект для вашего следующего строительного проекта.

Роль нейтрального проводника в электрических цепях

Роль заземляющего проводника в электрических цепях

Правильный выбор нейтральных и заземляющих проводников

Электрическое заземление с использованием метода нейтрализатора замыкания на землю (катушки Петерсена)

Что такое катушка Петерсена?

Изучение поведения системы методом симметричных составляющих

Пример

Благоприятные характеристики и недостатки

Области применения нейтрализаторов замыкания на землю

Когда силовая электроника входит в игру

Обзор характеристик и использования катушек Петерсена

Миф о нейтральном проводе

Основы защиты от замыканий на землю и заземление инвертора

Эффективное заземление для фотоэлектрических систем

Понимание функциональных возможностей эффективного заземления

Требования к навигационным утилитам

Интеграция эффективного заземления в планирование проекта

Советы по электромонтажу: что такое «горячее», «нейтральное» и «земля»

Добавить комментарий Отменить ответ