Что такое заземление в электричестве и виды заземления

Должен ли я устанавливать незаземленную, сплошную или высокоомную систему заземления? Этим вопросом задаются многие проектировщики и монтажники. Ответ на этот вопрос зависит от многих факторов. Чтобы принять правильное решение, вы должны полностью понимать плюсы и минусы каждого типа системы. Но сначала вы также должны понимать, какие типы сбоев могут возникнуть в вашей системе и в чем их причина.

Должен ли я устанавливать незаземленную, сплошную или высокоомную систему заземления? Этим вопросом задаются многие проектировщики и монтажники. Ответ на этот вопрос зависит от многих факторов. Чтобы принять правильное решение, вы должны полностью понимать плюсы и минусы каждого типа системы. Но сначала вы также должны понимать различные типы сбоев, которые могут возникнуть в вашей системе, и с какой частотой они могут появляться.

Ошибки и неудачи. Неисправности могут привести к повреждению оборудования и объектов, увеличению затрат из-за потери производственного времени и привести к травмам сотрудников и даже к смертельным исходам. К четырем типам неисправностей относятся:

Замыкания линии на землю, которые составляют около 98% всех отказов.

Межфазные замыкания, на долю которых приходится около 1.5% всех отказов.

3-фазные неисправности, которые составляют менее 0.5% всех неисправностей и часто вызваны человеческим фактором. Если не удалить заземляющий выключатель, оставить заземляющие группы в системах и поднять кузов грузовика в открытую систему проводов, это может привести к неисправности этого типа.

Дуговые замыкания представляют собой периодические сбои между фазами или между фазой и землей. Это прерывистые токи, которые попеременно ударяют, гаснут и снова ударяют.

Теперь, когда мы рассмотрели различные типы неисправностей, которые могут возникнуть в электрической системе, пришло время представить обзор трех основных типов систем заземления, с которыми вы можете столкнуться в полевых условиях.

Системы заземления.

1. Незаземленный. Электроэнергетические системы, которые работают без преднамеренного подключения к заземлению, называются незаземленными. Хотя эти системы были стандартными в 40-х и 50-х годах, они все еще используются сегодня. Основным преимуществом этого типа системы заземления является то, что она обеспечивает низкое значение тока и надежность при неисправности. К сожалению, этот тип системы также имеет некоторые большие недостатки. Одним из основных недостатков незаземленной системы является сложность обнаружения замыкания линии на землю. Поиск неисправности – процесс, требующий времени. По этой причине это часто делается по выходным, чтобы компании не приходилось останавливать свои обычные производственные процессы. Кроме того, неисправность должна быть обнаружена и устранена быстро, потому что, если возникает вторая неисправность, неисправность действует как межфазное замыкание, что продлевает процесс ремонта.

Обеспечивает низкое значение тока при межфазном замыкании на землю (5 А или менее).

Не представляет опасности для персонала при случайном замыкании линии на землю.

Обеспечивает непрерывную работу процессов при первом возникновении замыкания на землю.

Низкая вероятность того, что дуговое замыкание между фазой и землей перерастет в межфазное или трехфазное замыкание.

Недостатки бонуса без депозита

Трудно найти замыкание на землю.

Не контролирует переходные перенапряжения.

Стоимость обслуживания системы выше из-за трудозатрат на поиск замыканий на землю.

Второе замыкание на землю на другой фазе приведет к междуфазному короткому замыканию.

2. Надежно заземлен. Этот тип системы заземления чаще всего используется в промышленных и коммерческих энергосистемах, где заземляющие проводники подключаются к заземлению без преднамеренного добавления импеданса в цепи. Главный вторичный автоматический выключатель является жизненно важным компонентом, необходимым в этой системе, хотя он не имеет отношения к другим системам заземления. Этот компонент имеет большой размер, потому что он должен нести полный ток нагрузки трансформатора. Резервные генераторы часто используются в системе заземления этого типа на случай, если сбой остановит производственный процесс. Когда это происходит, генераторы надежно заземляются. Однако важно отметить, что генераторы не рассчитаны на больший ток короткого замыкания, характерный для систем с глухим заземлением.

Система с глухим заземлением имеет высокие значения тока в диапазоне от 10 кА до 20 кА. Этот ток протекает по проводам заземления, строительной стали, кабелепроводам и водопроводным трубам, что может привести к серьезному повреждению оборудования и остановке производственных процессов. Когда происходит замыкание линии на землю, искрение может привести к вспышкам, как правило, в клеммной коробке. В этом замкнутом пространстве вода превращается в пар, вызывая замыкающую коробку. Чтобы найти неисправность, все, что вам нужно сделать, это проследить за дымом.

Хороший контроль переходных перенапряжений от нейтрали к земле.

Позволяет пользователю легко обнаруживать неисправности.

Может питать нейтральные нагрузки.

Недостатки бонуса без депозита

Представляет серьезную опасность вспышки дуги.

Требует покупки и установки дорогого главного выключателя.

Незапланированное прерывание производственного процесса.

Читайте также:

10 советов, как успокоить кашель

Возможность серьезного повреждения оборудования во время неисправности.

Высокие значения тока повреждения.

Вероятен переход однофазной неисправности в трехфазную.

Создает проблемы в основной системе.

3. Высокоомное заземление. Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) обычно используются на заводах и фабриках, где в случае неисправности первостепенное значение имеет непрерывная работа процессов. Заземление с высоким сопротивлением обычно выполняется путем подключения стороны высокого напряжения однофазного распределительного трансформатора между нейтралью системы и землей и подключения резистора к вторичной обмотке низкого напряжения, чтобы обеспечить желаемое более низкое значение тока заземления на стороне высокого напряжения. В системе HRG обслуживание поддерживается даже в условиях замыкания на землю. В случае возникновения неисправности индикация аварийных сигналов и световые индикаторы помогают пользователю быстро найти и устранить проблему или обеспечить надлежащее завершение процесса. Система HRG ограничивает ток замыкания на землю от 1 до 10 А.

Ограничивает ток замыкания на землю до низкого уровня.

Снижает опасность поражения электрическим током.

Контролирует переходные перенапряжения.

Снижает механические напряжения в цепях и оборудовании.

Поддерживает непрерывность обслуживания.

Снижает падение напряжения в сети, вызванное возникновением и устранением замыкания на землю.

Недостатки бонуса без депозита

Высокие частоты могут вызывать ложные сигналы тревоги.

Замыкание на землю может оставаться в системе в течение длительного периода времени.

Заземление электрической системы — это решение, с которым многие из нас сталкиваются ежедневно. Как мы видели, существует несколько методов для выполнения этой задачи, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Как проектировщик электрооборудования или специалист по установке, вы должны принять окончательное решение о том, когда лучше установить наиболее подходящую систему.

Джек Вудхэм, PE, старший инженер-электрик в Jedson Engineering, Inc.

Примечание редактора: информация, представленная в этой статье, основана на презентации, сделанной на симпозиуме по заземлению в октябре 2002 г., организованном компанией Post Glover Resistors.

Что такое заземление в электричестве и виды заземления

В электрической сети схема, которая обеспечивает путь между частями цепи и землей, известна как система заземления. Заземление необходимо для надежной работы электрооборудования, такого как генератор, трансформатор, башня энергосистемы… Электрооборудование должно быть заземлено, оно заземлено таким образом, чтобы напряжение оборудования было таким же, как и у земли, и это называется заземление оборудования. В случае передачи и распределения электроэнергии заземление неизбежно, опоры в системе передачи заземляются заземляющим электродом.

Почему важно, чтобы электричество было заземлено

Личная безопасность может быть улучшена
Защита электрооборудования
Место замыкания на землю может быть легко обнаружено
Частота отказов может быть снижена
Молниезащита
Электростатические аварии могут быть устранены – статические электрические токи могут создавать помехи для электронных устройств и вызывать возгорание вблизи любого легковоспламеняющегося объекта, но с помощью метода заземления статический ток может быть высвобожден на землю.
Это может уменьшить электромагнитные помехи
Сокращение затрат и времени на техническое обслуживание

Компоненты, связанные с заземлением

Заземленный проводник

Системный проводник или проводник цепи, который будет преднамеренно заземлен, он также известен как заземленный проводник в системе нейтральной звезды.

Заземляющий провод

Это проводник, который используется для подключения оборудования или заземленной цепи электропроводки к заземляющему электроду или электродам.

Заземляющий электрод

Это устройство, которое используется для установления электрического соединения с землей.

Проводник заземляющего электрода

Это проводник, который используется для подключения заземляющего электрода к заземляющему проводнику оборудования, к заземляющему проводнику или к обоим при обслуживании.

Заземлитель оборудования

Это проводник, который используется для соединения нетоконесущих металлических частей оборудования.

Что такое незаземленная система

Это система проводников, в которой нет преднамеренного соединения с землей, незаземленные системы заземляются через распределенную емкость. В этой системе уровень замыкания на землю очень низок, и она может обеспечить большую надежность в неисправных условиях. Незаземленные системы используются там, где непрерывность обслуживания является важным фактором, и отключение системы распределения электроэнергии в автономном режиме во время замыкания на землю будет проблемой. В этой системе заземления нет, только емкостная связь проводников и оборудования энергосистемы с землей.

Преимущества незаземленной системы питания

Низкий ток короткого замыкания при замыкании линии на землю, отсутствие опасности вспышки дуги при замыканиях на землю, отсутствие прерывания распределения питания при первом замыкании на землю.

Недостатки незаземленной системы питания

Трудно локализовать замыкания на землю, и во время замыканий на землю возможны серьезные переходные перенапряжения. Затраты на техническое обслуживание будут высокими из-за трудозатрат и простоев, связанных с поиском замыканий на землю. Второе замыкание на землю на другой фазе приведет к межфазному замыканию.

Виды заземления

Надежно заземленная система

Обычно он используется в звездообразных системах, и этот метод в основном используется в промышленных, коммерческих и институциональных системах распределения электроэнергии. в этом методе нейтраль подключается к земле, и, таким образом, он может гарантировать, что напряжение нейтрали равно земле, при правильном выполнении этого метода не будет никаких перенапряжений между фазой и землей.

Нейтральные точки высоковольтного оборудования, такого как трансформатор и генератор, надежно заземлены для снижения уровня напряжения изоляции, они имеют высокое значение тока в диапазоне 10-20 кА. Этот метод может уменьшить переходные процессы линии к замыканию на землю и легко локализовать неисправности.

Заземление сопротивлением

Заземление сопротивления делится на два типа заземления с высоким и низким сопротивлением, система заземления с высоким сопротивлением выполняется путем подключения высокого сопротивления между нейтральной точкой трансформатора низкого напряжения и землей. Система высокого заземления используется в малых и средних промышленных предприятиях, где требуется непрерывная работа в условиях неисправности.

Заземление с низким сопротивлением выполняется путем подключения небольшого сопротивления к заземляющему проводнику или стержню, который в основном используется для нагрузки, которая подключается ниже к источнику питания 220 В.

Реактивное заземление

В этом методе реактор подключается между нейтралью и землей, и величина тока замыкания на землю может быть уменьшена путем изменения реактивного сопротивления. Но этот метод сейчас не используется из-за высокого переходного напряжения, возникающего при замыкании на землю.

Резонансное заземление

Этот метод также известен как заземление Петерсона, потому что Петерсон разработал катушку, которая может ограничивать ток замыкания на землю в подземной трехфазной системе. Катушка будет включена последовательно с линией заземления емкости каждого фазного проводника, и она настроена для создания импеданса на основе последовательной LC-цепи, и катушка будет отрегулирована в соответствии с тем, к чему она подключена.

Три разных типа заземления

Сегодня я собираюсь дать вам краткий обзор трех различных типов систем заземления, которые важны.

Вот эти три системы:

Незаземленные системы
Системы с заземлением сопротивления
Надежно заземленные системы

Я уже немного говорил о том, что такое заземление, включая краткий обзор того, почему мы это делаем и для чего оно используется. Если вы еще не читали эту статью, прочтите ее, прежде чем продолжить.

Закончили читать о том, что такое заземление? Хорошо, тогда давайте перейдем к мясу и картошке сегодняшней темы.

Незаземленные системы

«Ой, подождите, — можете подумать вы, — мы только что закончили читать о том, как важно заземление для безопасности! Зачем нам незаземленные системы?» Ответ заключается в том, что мы не должны на самом деле имеют незаземленные системы, но они существуют и имеют свое назначение.

Видите ли, незаземленная система не на самом деле незаземленный. Электрически ваша система связана с землей через емкость между линиями и землей, так что вы можете сказать, что это емкость заземлена система. Мы просто называем это незаземленным из-за условности и потому, что между любой из ваших линий электропередач и землей нет прямой физической связи.

преимущества

У незаземленной системы есть несколько преимуществ. Во-первых, поскольку ваша система никогда физически не подключена к земле, ток замыкания на землю будет незначительным. Например, в 3-фазной системе, поскольку весь ток замыкания на землю является емкостным, когда у вас есть одно замыкание на землю в незаземленной системе, ток и напряжение, которые вы потеряете, незначительны, и вместо этого переносятся по двум другим линиям. Это позволяет беспрепятственно продолжать работу при одиночном замыкании на землю.

Недостатки бонуса без депозита

Конечно, недостатки незаземленной системы очевидны. Если есть неисправность, вы теперь используете два провода для передачи количества тока, которое было выделено для трех проводов: увеличение тока и напряжения увеличит тепло, а дополнительное тепло изнашивает вашу изоляцию намного быстрее. Изношенная изоляция может привести к ненужному повреждению вашей электрической системы, особенно двигателей.

Другим большим недостатком незаземленной системы является то, что найти неисправность невероятно сложно и требует много времени. Каждая линия должна тестироваться индивидуально, что является очень медленным процессом, который полностью прерывает обслуживание. Альтернативная стоимость неисправности в незаземленной системе очень высока.

Незаземленные системы были нормой еще в 40-х и 50-х годах, но, поскольку в большинстве сценариев их недостатки перевешивают их преимущества, сегодня вы не увидите слишком много новых незаземленных систем.

Заземление сопротивления

Заземление сопротивлением — это когда у вас есть соединение между вашей нейтральной линией и землей через резистор. Этот резистор используется для ограничения тока короткого замыкания через вашу нейтральную линию: если ваше напряжение не меняется, то ваш ток зависит от размера резистора в соответствии с законом Ома (V = IR).

Преимущества перед незаземленными системами

Поскольку ток в нейтрали контролируется, а не пренебрежимо мал, перенапряжения в системе также контролируются. Это уменьшенный ток и уменьшенное перенапряжение означают меньшее выделение тепла, что сводит к минимуму износ вашей электрической системы. Это особенно важно для обеспечения безопасности ваших двигателей, поскольку уменьшенный ток не повредит магнитное железо двигателя (ремонт которого обходится дорого). Пониженные токи также снижают риск поражения электрическим током и дугового разряда/взрыва.

Существует два типа заземления сопротивления: заземление с высоким сопротивлением и заземление с низким сопротивлением.

Заземление с высоким сопротивлением

В целом, вы хотите использовать заземление с высоким сопротивлением, когда вам нужен низкий ток короткого замыкания и при этом вы хотите работать с одиночной неисправностью. Заземление с высоким сопротивлением обычно используется при модернизации ранее незаземленных систем в дополнение к новым системам.

Заземление с низким сопротивлением

Заземление с низким сопротивлением обычно ограничивает ток замыкания на землю от 100 до 1000 ампер. Это дает то же преимущество, что и заземление с высоким сопротивлением, поскольку вы можете контролировать ток замыкания на землю, что означает, что вы можете спроектировать свою систему так, чтобы она выдерживала токи без повреждений.

Преимущество систем заземления с низким сопротивлением в том, что они отключают ваши защитные устройства в случае неисправности. Их цель состоит в том, чтобы немедленно отключить питание цепи, и поэтому, в отличие от систем заземления с высоким сопротивлением, система заземления с низким сопротивлением не будет поддерживать работу во время одиночного замыкания на землю.

Заземление с низким сопротивлением также снижает перенапряжение и используется в системах среднего напряжения до 15 кВ, обычно там, где используются большие генераторы/двигатели.

Твердое заземление

Надежное заземление — это то, что вы получаете, когда подключаете свою систему напрямую к земле, без какого-либо сопротивления. Заземление обычно подключается к системе через нейтральную точку, например нейтральную клемму генератора или трансформатора.

За и против

Твердое заземление, как и заземление сопротивления, может значительно снизить перенапряжения в вашей электрической системе. Однако системы с глухим заземлением потенциально могут иметь огромные токи замыкания на землю. В результате системы с глухим заземлением не могут работать при замыкании на землю (поскольку весь ток в системе идет от замыкания на землю). Твердое заземление имеет два основных применения:

В системах с напряжением 600 В и менее можно использовать сплошное заземление, если нет необходимости поддерживать работу неисправной цепи.
В системах с напряжением 15 кВ и выше можно использовать сплошное заземление, если по какой-либо причине желательны высокие токи замыкания на землю, например, для быстрого обнаружения замыкания на землю (поскольку большой ток наверняка приведет к срабатыванию защитных устройств).

Краткое содержание

Вы можете использовать незаземленные системы, если хотите иметь незначительный ток замыкания на землю.
Заземление сопротивлением предлагает преимущества незаземленных систем без риска больших перенапряжений.
Твердое заземление снижает перенапряжения, но имеет высокие токи замыкания на землю.

В конце концов, тип заземления, который вы используете для своей системы, будет зависеть от того, какой тип заземления лучше всего соответствует вашим потребностям и бюджету.

Рассылка новостей

У нас также есть еженедельный информационный бюллетень, в котором я держу вас в курсе моих мыслей об отрасли, практических руководств и многого другого.