Сравнение защитных свойств заземления в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралями

Защитное заземление может быть эф­фективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью (системы IT) , где при глухом замы­кании на землю или на заземленный корпус, ток не зависит от величины сопротивления заземле­ния, а также в сетях напряжением выше 1000 В с изолированной и заземленной ней­тралью. В последнем случае замыкание на землю является корот­ким замыканием, причем срабатывает максимальная токовая за­щита.

Рассмотрим защитные свойства заземления на примере трёхфазных сетей с системами заземленияTT и IT (рис. 7).

а

б

Рис. 7. Замыкание фазы на заземлённый корпус в сети с глухозаземлённой нейтралью (а) и в сети с изолированной нейтралью (б).

При замыкании фазы на заземлённый корпус электроустановки, напряжение на нём (U_к)окажется равнымпотенциалу заземлителя (φ_з) и в любых случаях будет меньше фазного напряжения. Напряжение на заземлённом корпусе определяется током замыкания (I_з), стекающим через заземлитель, и сопротивлением заземлителя (R_з), т.е.

. (21)

Величина I_з будет зависеть от режима нейтрали электрической сети (рис. 7).

В сети с глухозаземленной нейтралью (система TT) открытые проводящие части заземлены и не соединены с нулевым защитным проводником. Роль нулевого защитного проводника выполняет земля.

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

, (22)

где U_ф - фазное напряжение сети, В;

R_о и R_з – сопротивление заземления нейтрали и корпуса электроустановки соответственно, Ом.

Сопротивления обмоток источника тока (например, трансформатора, питающего данную сеть) и проводов сети малы по сравнению с R₀ и R_к, поэтому их в расчёт не принимаем.

В результате протекания тока через сопротивление R_з в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли U_к, В, равное падению напряжения на сопротивлении R_з:

. (23)

Ток I_з может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание максимальной токовой защиты, т.е. повреждённая установка может не отключиться. Например, при U_ф = 220 В и R_о = R_з=4 Ом

I_з = 220/(4+4) = 27,5 А.

Если при этом ток срабатывания защиты больше I_з (в рассматриваемом примере больше 27,5 А), то отключения не произойдёт и корпус электроустановки будет находиться под напряжением

U_к=220х4/(4+4)=110 В,

что значительно больше допустимого значения напряжения прикосновения.

В сети с изолированной нейтралью (система IT), при замыкании фазы на корпус, ток замыкания определится из выражения:

, (24)

где r – сопротивление изоляции фазного проводника, Ом.

Поскольку сопротивление заземления нейтрали R_о много меньше сопротивления изоляции r, то ток I_з, а следовательно, и напряжение на корпусе в сети с глухозаземлённой нейтралью будет намного больше, чем в сети с изолированной нейтралью. Кроме того, напряжение на корпусе будет зависеть от соотношения между сопротивлением R_о и R_з. Например, при уменьшении R_о относительно R_з напряжение на корпусе, согласно формулам (4.21) и (4.22) возрастает. Ввиду указанных недостатков заземление как основная мера защиты в сетях с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В не применяется.

Поэтому, если в сети с изолированной нейтралью для обеспечения безопасности часто достаточно заземлить корпуса электроустановок и обеспечить высокое сопротивление изоляции, то в сети с глухозаземлённой нейтралью следует обеспечить автоматическое отключение повреждённой электроустановки от сети. Для системы TN такое отключение достигается применением защитного зануления и устройств защитного отключения, для системы TT – обязательным применением устройств защитного отключения.

В сети с изолированной нейтралью ток замыкания на землю практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя, поскольку r>> R_з. Поэтому в таких сетях защитное заземление используется как основная мера защиты.

Литература

1. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Энергоатомиздат, 1984. с. 182 – 221.

2. Монахов А.Ф. Защитные меры электробезопасности в электроустановках. Учебное пособие. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2006. – 152 с.

3. Электробезопасность в машиностроении / Б.А. Князевский, А.И. Ревякин, Н.А. Чекалин, Л.Е. Трунковский – М.: Машиностроение, 1980.

4. Правила устройства электроустановок / М-во энергетики РФ – 7-е изд. – М.: Энергосервис, 2002.

5. Оценка эффективности действия защитного заземления в электроустановках: Метод. указания по выполнению учебно-исследовательской лабораторной работы /Сост. Н.А. Трофимов, Н.И. Захаров; Перм. гос. техн. ун-т.- Пермь, 2004.

6. ГОСТ Р 50571.1-93 Электроустановки зданий. Основные положения

7. ГОСТ Р 50571.2-94 Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики.

8. ГОСТ Р 50571.3-94 Электроустановки зданий Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током.