Существует несколько вариантов работы электрических сетей в зависимости от их системы заземления. Кратко охарактеризуем имеющиеся системы заземления электрических сетей класса напряжения до и выше 1000 В.
Сети класса напряжения до 1000 В
Система TN-C
В электрической сети данной конфигурации нейтральный вывод питающего силового трансформатора глухо заземлен, то есть электрически соединен с заземляющим контуром на трансформаторной подстанции. На всем протяжении от подстанции к потребителю нулевой и защитный проводник объединены в один общий – так называемый PEN-проводник.
Данная сеть предусматривает «зануление» электроприборов - присоединение нулевого и защитного проводника к совмещенному проводнику PEN. Данная сеть является устаревшей и реализуется только в промышленности и в уличном освещении.
Зануление электроприборов в быту запрещено из-за опасности появления опасного потенциала на зануленных корпусах, поэтому такая сеть в старых постройках эксплуатируется исключительно в качестве двухпроводной – используется только нулевой и фазный проводники.
Система TN-C-S
Данная сеть отличается от предыдущей тем, что совмещенный проводник PEN разделяется в определенной точке, как правило, после входа в здание - на нулевой проводник N и защитный заземляющий проводник PE.
Сеть конфигурации TN-C-S наиболее распространенная в наше время. Данная сеть является одной из рекомендуемых систем согласно ПУЭ и может быть реализована на новых объектах.
Система заземления TN-С:
1 — заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания, 2 — открытые проводящие части, N — нулевой рабочий проводник — нулевой рабочий (нейтральный) проводник, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов), PEN — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
Система TN-S
Конфигурация данной электрической сети отличается от предыдущих тем, что предусматривает разделение совмещенного проводника еще на питающей подстанции, на всем протяжении линии нулевой и заземляющий проводники разделены.
Данная система применяется при строительстве новых объектов и является наиболее предпочтительной из всех имеющихся. Но в связи с более высокой стоимостью реализации (необходимостью прокладки отдельного защитного проводника), часто все же отдается предпочтение сети конфигурации TN-C-S.
Система заземления TN-S:
Система заземления TN-C-S:
Система TT
В данном случае нейтраль силового трансформатора также имеет глухое заземление, но электропроводка конечного потребителя заземляется от индивидуального заземляющего контура, не имеющего электрической связи с заземленной нейтралью трансформатора.
Данная система заземления рекомендуется к применению в случае неудовлетворительного состояния электрических сетей, в которых эксплуатация предусмотренного заземления может быть небезопасной.
В основном это сети TN-C, в которых не предусмотрено заземление в принципе, а также сети TN-C-S, которые не удовлетворяют требованиям ПУЭ относительно механической прочности совмещенного проводника, а также наличия его повторных заземлений.
Система заземления TT:
1 — заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания, 2 — открытые проводящие части, 3 — заземлитель открытых проводящих частей, N — нулевой рабочий проводник — нулевой рабочий (нейтральный) проводник, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов).
Система IT
Нейтрали силовых трансформаторов в сети данной конфигурации не заземлены, то есть, изолированы от заземляющего контура подстации. Защитный заземляющий проводник может подключаться к заземляющему контуру на подстанции либо непосредственно у потребителя к имеющемуся заземляющему контуру.
Система заземления IT:
1 — сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется), 2 — заземлитель, 3 — открытые проводящие части, 4 — заземляющее устройство, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов).
Данная система заземления применяется для электроснабжения объектов, к которым предъявляются особые требования относительно безопасности и надежности. Это помещения электроустановок электростанций, подстанций, опасных производств, в частности горнодобывающей промышленности, взрывоопасные помещения и др.
Сети класса напряжения выше 1000 В
Электроустановки и сети класса напряжения 6, 10 и 35 кВ работают в большинстве случаев в режиме изолированной нейтрали. В связи с отсутствие заземления нейтрали замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием и не отключается защитой.
В случае наличия замыкания в сети данной конфигурации допускается ее непродолжительная работа, как правило, на время отыскания поврежденного участка и отделения его от сети. То есть при наличии замыкания в сети изолированной нейтралью потребители не теряют питание, а продолжают работать в прежнем режиме, за исключением поврежденного участка, в котором наблюдается неполнофазный режим – обрыв одной из фаз.
Опасность данной сети заключается в том, что в случае однофазного замыкания происходит растекание токов на землю от точки падения провода на 8 м на открытом пространстве и 4 м в помещениях. Человек, попавший в зону действия растекания данных токов, будет смертельно поражен электрическим током.
Нейтраль сетей 6 и 10 кВ может быть заземлена через специальные компенсирующие реакторы и дугогасящие катушки, которые позволяют компенсировать токи замыкания на землю. Данная система заземления сетей применяется в случае наличия больших токов замыкания на землю, которые могут быть опасны для электрооборудования данных сетей. Такая система заземления электрических сетей называется резонансной либо компенсированной.
Электрические сети класса напряжения 110 и 150кВ имеют эффективную систему заземления. При данной системе заземления большинство силовых трансформаторов электрической сети имеет глухое заземление нейтрали, а некоторые трансформаторы имеют нейтраль, разземленную через разрядники или ограничители перенапряжения. Выборочное разземление нейтралей позволяет снизить токи короткого замыкания в электрических сетях.
В результате расчетов, выбирается, на каких подстанциях следует разземлить нейтрали трансформаторов, чтобы обеспечить максимально эффективную работу электрической сети. Разземление нейтралей через разрядники или ОПН выполняется для того, чтобы защитить обмотку силовых трансформаторов от возможных перенапряжений.
Сети класса напряжения 220- 750 кВ работают в режиме глухозаземленной нейтрали, то есть в таких сетях все выводы нейтральных обмоток силовых трансформаторов и автотрансформаторов имеют электрическое соединение с заземляющим контуром подстанций.