Нейтральний режим - це схеми підключення до землі

Розуміння нейтральної системи або схеми підключення заземлення

У Франції системою заземлення або нейтральною системою, прийнятою державними розподільчими службами (EDF), є система TT. Існують і інші нейтральні режими, такі як TN або IT. На деяких приватних промислових установках можна встановити нейтральну систему, відмінну від ТТ, таку як TN-C або TN-S. У наступних розділах ми пояснимо принцип, переваги та недоліки цих різних нейтральних режимів.

схеми

Схеми підключення нейтральної системи або заземлення

Призначення схем підключення заземлення - захист майна та людей від несправностей ізоляції. Вони складають цикл, який називається " петля несправності"Допускаючи протікання струмів несправності і, таким чином, вимагаючи захисних пристроїв шляхом автоматичного відключення. Все це для того, щоб уникнути ризику ураження електричним струмом або навіть ураження електричним струмом.

Раніше відомий як " нейтральна система », Ось коротка презентація 3 схем підключення заземлення, що використовуються у розподілі низької напруги.

Нейтральний провідник і металеві маси

Кожна діаграма відрізняється за режимом з'єднання нейтральний порівняного джерела живлення На землю, а також спосіб, яким металеві маси установки.

Таким чином, режим заземлення з цих двох елементів визначатимуться параметри, що стосуються безпеки людей та обладнання.

Ми розрізняємо 3 схеми заземлення:

  • ТТ
  • TN (та його варіанти TN-C та TN-S)
  • ІТ

Ми використовуємо літери для розмежування кожної діаграми:

  • 1часлист вказує режим з'єднання нейтральний від джерела по відношенню до землі.
  • 2голист вказує режим з'єднання металевих мас використання по відношенню до землі .

Отже Т вказує на те, що розглянутий елемент відноситься до Тбродить.

НЕ вказує на те, що відповідний елемент пов'язаний НЕбути.

Нарешті, Я вказує на те, що розглянутий елемент не пов'язаний безпосередньо (Ясоле або Яmpédant) на землю.

Слід зазначити, що НЕ ніколи не займе першої літери пари; з іншого боку, Я ніколи не займе другого.

3 типи діаграм заземлення

  1. ТТ (заземлення нейтралі та заземлення металевих мас)
  2. TN (заземлення нейтралі, заземлення металевих мас)
  3. ІТ (імпеданс нейтральний або ізольований від землі, заземлення металевих мас)

Потенціал нейтралі можна зафіксувати щодо землі п’ятьма методами, диференційованими за характером (ємність, опір, індуктивність) та значенням (від нуля до нескінченності) імпедансу ланки Zn, який буде зв’язаний між нейтраллю та землею.

У цьому випадку Zn дорівнює:

  • ∞ ізольований нейтральний, відсутність навмисного прив'язки,
  • опір вищого чи нижчого значення,
  • реактивність низьке значення, як правило,
  • передбачуваний опір для компенсації пропускної здатності мережі,
  • 0 - нейтральне з'єднання безпосередньо На землю.

Труднощі та критерії вибору нейтрального режиму

Критерії відбору стосуються багатьох аспектів:

  • технічні (функціонування мережі, перенапруги, струм несправності тощо),
  • операцій (безперервність обслуговування, обслуговування),
  • безпеки,
  • економічні, (інвестиційні та експлуатаційні витрати),
  • місцеві або національні звичаї.

Зокрема, два важливі технічні міркування суперечливі:

Знизити рівень стрибків напруги

Перенапруги мають кілька джерел:

  • атмосферні умови, пов’язані з блискавками, яким усі повітряні мережі піддаються точці доставки користувачам,
  • внутрішні в мережі, спричинені маневрами та певними критичними ситуаціями (резонанси певних мереж),
  • внаслідок самого замикання на землю та його усунення за допомогою звичайних захистів (автоматичних вимикачів).

Зменшити струм замикання на землю Id.

Занадто високий струм несправності призводить до цілого ряду наслідків:

  • пошкодження дуги в місці руйнування; зокрема плавлення магнітних кіл обертових машин,
  • термічний опір кабельних екранів.
  • розміри та вартість заземлювального резистора,
  • індукція в сусідніх телекомунікаційних ланцюгах,
  • небезпека для людей шляхом підвищення потенціалу мас.
  • На жаль, оптимізація однієї з цих вимог автоматично погіршує іншу.

Таким чином, два типові методи нейтрального заземлення підкреслюють цей контраст:

  1. ізольована нейтраль, яка виключає потік по нейтралі струму замикання на землю, але генерує найбільше перенапруг через відсутність опорної напруги,
  2. пряма нейтраль заземлення, що мінімізує перенапруги, але спричиняє високий струм замикання від низького до низького опору заземлювального дроту.

Вибір часто падає на проміжний розчин нейтралі, з'єднаний із землею імпедансом.

Діаграма ізольованого нейтрального (ІТ)

На такій схемі підключення заземлення з ізольованою нейтраллю розрив фази-земля викликає лише низький струм (Id) через ємність фази-земля здорових фаз.

Спрощений закон Омів (U = RI або U = ZI, тобто U = 1/C ω I) показує, що> ω V.

- V - напруга фази до нейтралі,

- C ємність фази щодо землі,

- ω пульсація мережі (ω = 2 π f з f = 50 Гц у Франції).

Струм Id може залишатися в принципі довгий час без пошкоджень, оскільки він не перевищує кількох Ампер (приблизно 2 А на км для одножильного кабелю 6 кВ із секцією 150 мм2, ізольованою PRC, ємність якої 0,63 мкФ/км).

Як видно, струм несправності досить низький (порядку струму витоку, спричиненого певним обладнанням), щоб підтримувати установку в експлуатації.

Однак цей тип підключення має такі наслідки:

  • Помилка ізоляції, якщо вона не усунена, повинна бути позначена a монітор постійної ізоляції -, типу Vigilohm IM9 або IM400 від SCHNEIDER.
  • Подальший пошук несправності вимагає, з одного боку, пристрою, який є настільки ж складним, як і автоматичним, для швидкого виявлення несправного живильника, а з іншого боку, кваліфікованою службою технічного обслуговування для його експлуатації.
  • Якщо перша несправність не зникає, друга несправність, що виникає на іншій фазі, призведе до справжнього двофазного короткого замикання на землю. Це буде усунуто фазними захистами (автоматичними вимикачами з лінійки SCHNEIDER або LEGRAND).

Перевага

Суттєвою перевагою є безперервність обслуговування, оскільки струм несправності Id, дуже низький, дає можливість не спрацьовувати автоматично.

Недоліки

відсутність придушення перенапруги потік на землю є головною недоліком, якщо вони високі. Крім того, якщо одна фаза заземлена, інші підводяться до лінійної напруги відносно землі; що збільшує ймовірність другої несправності. Вартість ізоляції вища, оскільки напруга в мережі залишається прикладеною між фазою та землею протягом періоду, який може тривати довгий час, оскільки не відбувається автоматичного відключення. Необхідний відділ технічного обслуговування, обладнаний відповідним обладнанням для швидкого пошуку першої несправності ізоляції.

Діаграма стійкого нейтрала (опір між нейтральною точкою та землею)

На цьому типі діаграм резистивний опір обмежує струм замикання на землю Id, дозволяючи при цьому хороший потік перенапруг. Для усунення першої несправності повинен втручатися пороговий захист, який зазвичай розміщений у нейтральній ланцюзі.

У мережах, що постачають обертові машини, значення опору визначається для отримання струму Id близько 15-50 А.

У розподільчих мережах приймаються більш високі значення (від 100 до 1000А), які легше виявити і дозволити потокам блискавок протікати.

Перевага

Ця схема підключення є хорошим компромісом між струмом низької напруги Id та добре протікаючими перенапругами. Захист простий, вибірковий, а струм обмежений.

Недоліки

Перший - це відсутність безперервності обслуговування; у разі замикання на землю його потрібно негайно усунути.

Другий момент полягає у тому, що вартість опору заземлення зростає із збільшенням напруги та струму, оскільки потужність, що розсіюється в цьому опорі, пропорційна квадрату струму (I 2).

Діаграма нейтрального імпедансу (опір між нейтральною точкою і землею)

Для мережевих напруг більше 40 кВ переважно використовувати реактивне опір (котушку з індуктивністю), а не опір з причин утруднення реалізації через виділення тепла у разі несправності.

Ця система компенсує ємнісний струм мережі.

Насправді струм несправності Id - це сума струмів, що протікають через такі ланцюги:

  • заземлення реактивним опором,
  • потужності здорових фаз по відношенню до землі.

Ці струми компенсують один одного, оскільки:

  • один егоїст (на землі),
  • інший є ємнісним (в якості здорових фаз).

Вони додають у фазі протиставлення; векторно дорівнює нулю.

На практиці низьке значення опору призводить до протікання малого резистивного струму Ik1 у кілька ампер.

У французькій мережі на вихідній станції система автоматичного налаштування (SAA) періодично виконує коригування з урахуванням зміни топології мережі, максимально дозволена незгода становить 40 А.

Перевага

Ця система дозволяє зменшити струми несправностей Id, навіть якщо ємність фаза-земля велика.

  • У місці несправності контактні напруги обмежені.
  • Установка знаходиться в експлуатації, незважаючи на постійну несправність.
  • Сигнал першої несправності подається виявленням проходження струму в котушці нейтральної точки.

Недоліки

  • Вартість реактивного опору заземлення може бути високою через необхідність модифікації величини реактивного опору для адаптації компенсації.
  • Під час тривалості несправності слід переконатися, що залишковий струм, що циркулює, не представляє небезпеки для людей та майна.
  • Ризики перехідної перенапруги в мережі є значними.
  • Здійснення селективного захисту при першій несправності є делікатним.

Захист

Виявлення несправностей базується на активній складовій залишкового струму. Дійсно, несправність викликає протікання залишкових струмів по всій мережі. Однак лише дефектний контур проходить резистивний залишковий струм.

Крім того, пристрої захисту враховують повторювані самозатухаючі несправності (періодичні несправності).

Коли реактивне опір землі та пропускна здатність мережі збігаються (3L N C ω 2 = 1)

  • струм несправності мінімальний,
  • це резистивний струм,
  • несправність самозатухає.

Потім компенсуючий опір називають котушкою гасіння або котушкою Петерсена.

Діаграма нейтралі, підключеної до землі

Нейтраль підключена до землі без опору або опору з'єднання. Таким чином, струм несправності Id між фазою і землею є практично фазово-нейтральним коротким замиканням, отже, великим значенням.

Ця схема, ідеальна для потоку перенапруг, тягне за собою всі недоліки та небезпеки сильного струму замикання на землю.

Немає безперервності обслуговування. Однак, спеціальних захистів немає, захист від перевантаження по току нормальної фази діє для усунення несправності.

Розміри поперечного перерізу провідника дозволяють заземлити нейтраль ВН/НН трансформатора. Це повинно проводитися з урахуванням теплового напруження провідника (I 2 S) і максимального значення Ik1 короткого замикання, яке може виникнути (коротке замикання фази до нейтралі).

Слід також мати на увазі, що гармонічні струми на частотах, кратних 50 Гц, також можуть викликати перегрів. У цьому випадку для визначення перерізу провідника необхідно враховувати саме величину асиметричного струму. Постійний струм короткого замикання не повинен враховуватися.

Висновок

Як згадувалося на початку статті, це перш за все нейтральна система ТТ, з якою ми стикаємось і яку ми використовуємо у Франції. Залежно від застосування можна встановити нейтральну систему типу TN-C або TN-S. Це робиться за умови, що трансформаторна станція ВН/НН знаходиться в приміщенні замовника.

Особливість нейтральної системи TN-C полягає в тому, що нейтральний провідник (N) і захисний провідник (PE) є загальними (PEN). Це економить провідник, а також полюс з точки зору захисту вимикачами. Важливо відзначити, що перерізати нульовий провідник забороняється. Він діє як захисний провідник. Однак особлива увага приділяється ідентифікації цих кабелів або провідників.

Особливість нейтральної системи TN-S полягає в тому, що нульовий провідник (N) відокремлюється від захисного провідника (PE). Отже, це означає, що розрізняють рівень кабелів або провідників. (Нейтральний у блакитному та PE у V/J). Звичайні вимикачі обрізають полюс, відповідний нейтралі. Тому основною перевагою є опір петлі несправності. Що складно в режимі ТТ, враховуючи коливання опору ґрунту.