В этой аналитической работе Александр Ярошенко, практикующий электрик и электротехник, а также автор блога «СамЭлектрик.ру», попробует разобраться в причинах низкого качества электроэнергии, возникающих из-за проблем с проводкой и заземлением. Как водится, Александр систематизировал для себя и для читателей возможные неполадки, выделив наиболее актуальные, и подробно описал их принципы и механизмы образования. А чтобы предотвратить последующие вопросы, здесь же приведены способы устранения причин низкокачественной электроэнергии.
Не только события в электросети, но и особенности подключения различного оборудования могут влиять на качество электроэнергии. Сегодня мы поговорим о таких случаях и способах решения этих проблем.
Кому интересно, вопросы качества электроэнергии я несколько раз обсуждал на блоге. Вот пример с анализатором качества. А вот статья про нормы напряжения в сети по ГОСТ.
Мы рассмотрим следующие ситуации, которые могут возникнуть в системе заземления.
- Изолированные заземления.
- Петли заземления.
- Отсутствие защитного заземления.
- Множественные связи нейтраль-земля.
- Дополнительные заземляющие стержни.
- Недостаточное сечение нейтрального проводника.
В другой статье я уже подробно рассказывал, какие бывают системы заземления.
Изолированные заземления
Сама по себе изоляция не является проблемой заземления. Однако неправильное использование изолированных заземлений может привести к аварии. Такие подключения обычно нужны для контроля электромагнитных помех. Для этого используются специальные изолированные заземлённые терминалы, а обустройство заземления выполняется согласно ПУЭ (глава 1.7).
Другими словами, не следует путать заземляющий РЕ-проводник с оплеткой или броней кабеля.
Ниже приведён список ошибок, которых следует избегать при установке изолированных цепей заземления:
- установка в обычную розетку;
- совместное использование с другой цепью;
- установка в двухпроводную коробку с другой цепью.
- прокладка в металлической кабельной броне.
Петли заземления
Петли заземления могут возникать по нескольким причинам. Одна из них — когда несколько единиц оборудования связаны друг с другом, например, по каналам связи, но имеют отдельные контуры заземления.
Чтобы избежать этой проблемы, для заземления в здании следует использовать только один контур согласно ПУЭ (глава 1.7). Допускается использовать более одного заземляющего электрода или контура, но они должны быть соединены вместе.
Отсутствует защитное заземление
Отсутствие защитного заземления может стать причиной серьёзных проблем. В старых зданиях и производствах подведение заземляющего проводника зачастую просто игнорировалось.
Зачастую и в новых зданиях заземление может отсутствовать или не быть подключенным из-за нерадивости монтажников или желания сэкономить.
Современное оборудование, как правило, оснащено вилкой, имеющей три контакта, один из которых — заземляющий. Розетки позволяют использовать как двух-, так и трехконтактные вилки.
Множественные связи нейтрали с землей
Другое заблуждение при обустройстве заземления оборудования заключается в том, что нейтраль обязательно должна быть привязана к заземляющему проводнику. В системе или подсистеме допускается только одна связь между нейтралью и землей, которая обычно находится на входе в объект, если нет отдельной вторичной системы электроснабжения. Отдельная вторичная система электроснабжения — это которая питается от трансформатора, генератора или другого преобразователя некоторого типа. Такие цепи должны быть заземлены согласно ПУЭ (глава 1.7).
Нейтраль должна прокладываться отдельно от заземляющего проводника во всех распределительных коробках после входа. Иначе дополнительные связи нейтрали с заземлением в энергосистеме будут вызывать протекание нейтральных токов по заземляющей системе.
На рисунке показано, как нейтральный ток может попасть в систему заземления благодаря дополнительной связи нейтрали с заземлением в розетке. Обратите внимание, что ток будет протекать не только в заземляющем проводе для системы питания, но и по экранной оплетке кабеля связи между двумя ПК.
Если связь нейтрали с заземлением должна быть восстановлена (например, из-за высокого напряжения между ними при протяженных кабельных трассах), то это можно сделать через отдельную систему повторного заземления.
Дополнительные заземляющие стержни
Дополнительные заземляющие стержни (контуры заземления) — ещё одна распространённая проблема в системах заземления. Заземляющие стержни должны быть установлены в точке схождения всех заземляющих проводников здания. Иными словами, если у здания имеется два и более заземляющих контура, они должны подключаться в одной точке — на главной заземляющей шине (ГЗШ).
Основная проблема с дополнительными заземляющими стержнями заключается в том, что они создают вторичные пути для протекания переходных токов при некоторых явлениях, таких как, например, удары молнии. Когда на объекте один контур заземления, любые токи, вызванные молнией, войдут в систему заземления здания в одной точке, а потенциалы заземляющих проводников всего объекта будут расти и уменьшаться одновременно.
Однако при наличии дополнительных заземляющих контуров переходной ток поступает в систему заземления в нескольких местах, и часть этого тока будет причиной возникновения разных по уровню потенциалов в разных точках системы заземления. А это, в свою очередь, может вызвать серьёзные проблемы с переходными процессами в оборудовании и возможную перегрузку проводников.
Недостаточное сечение нейтрального проводника
С ростом количества электронного оборудования в коммерческих зданиях возникает беспокойство по поводу увеличения тока, проходящего через нейтральный проводник. При сбалансированной трехфазной нагрузке ток, протекающий в нейтрали, в теории равен нулю.
Однако компьютеры, лазерные принтеры и другие электронные офисные устройства используют один и тот же тип блоков питания (БП), которые как правило являются однофазными. Для питания требуется постоянное напряжение нескольких значений, например, +3 В, ± 5 В, +12 В.
Это постоянное напряжение получается сначала путём выпрямления переменного напряжения через диодный мост. Затем для фильтрации и сглаживания полученного выпрямленного напряжения используется конденсатор. Далее следует преобразователь постоянного напряжения, который и формирует напряжение для низковольтной нагрузки. Этот тип БП называют импульсным.
Проблема с устройствами, которые используют такие БП, заключается в том, что они генерируют гармонические колебания третьего порядка, которые возвращаются обратно в энергетическую систему.
Гармоники третьего порядка — это гармонические колебания напряжения, частота которых кратна 3*n (где n — натуральные нечётные числа для импульсных БП) по отношению к основной частоте, то есть множитель равен 3, 9, 15, 21 и т.д. Поэтому для трёхфазной системы, имеющей сбалансированные однофазные нагрузки, присутствуют фундаментальная и третья гармонические составляющие.
Применение закона Кирхгофа для узла «N» показывает, что сумма токов базовой частоты в нейтрали должна быть равна нулю. Но наличие совпадающих по частоте и фазе гармоник третьего порядка в каждой фазе питания даёт в сумме величину тока в три раза больше каждого тока третьей гармоники.
Это становится проблемой в офисных зданиях, когда несколько однофазных нагрузок питаются от трёхфазной системы. Отдельные провода нейтрали проходят с каждой линией, поэтому ток нейтрали будет эквивалентен току линии. Однако, когда все нейтрали возвращаются в распределительный щит или трансформаторную подстанцию, суммарные токи всех трёх фаз могут вызвать перегрев и даже привести к выходу из строя нейтрального проводника.
В офисных зданиях разные помещения как правило питаются от разных фаз, чтобы сбалансировать нагрузку. Однако, нейтральный проводник обычно один для всех трёх фаз, и его сечения может быть недостаточно для протекающих токов. Это может привести к катастрофическим результатам, если доля нелинейных нагрузок, богатых гармониками третьего порядка, достаточно велика. В этом случае ток нейтрали может достигать 173 % от фазных токов.
Резюме
Итак, к организации заземления следует подойти ответственно по трём основным причинам:
- личная безопасность;
- правильная работа защитных устройств;
- контроль помех в сети.
Вот рекомендации, которые помогут достичь нужного результата:
- все оборудование должно иметь защитное заземление;
- токов нагрузки в системе заземления быть не должно;
- все оборудование в системе должно быть подключено к единому контуру заземления.
Ниже приведены типичные проблемы с проводкой и заземлением:
- хорошее качество электроэнергии и методы борьбы с шумом могут дополнять требования безопасности;
- большинство проблем с помехами оборудованием вызваны проблемами с проводкой и заземлением;
- чувствительное оборудование следует подключать отдельными контурами;
- проводники заземления и нейтрали должны быть связаны на вводе за исключением случаев отдельных случаев повторного заземления.
Проблемы с заземлением и электропроводкой
В таблице приведены основные проблемы с проводкой и заземлением и их возможные причины.
| Состояние проводки или наблюдаемая проблема | Возможная причина |
|---|---|
| Импульс, падение напряжения | Слабый контакт |
| Импульс, падение напряжения | Неисправный выключатель |
| Ток заземления | Дополнительная связь нейтрали с землей |
| Ток заземления | Обратные токи от нейтрали к земле |
| Экстремальные колебания напряжения | Высокое сопротивление в цепи нейтрали |
| Колебания напряжения | Высокое сопротивление связи нейтрали с землей |
| Высокое напряжение между нейтралью и землей | Высокое сопротивление заземления |
| Запах горелой изоляции в распределительном щите или на нагрузке. | Неисправный проводник, плохой контакт, искрение или перегруженная проводка |
| Распределительная коробка тёплая на ощупь. | Неисправный выключатель или плохой контакт |
| Гудящий звук | Возникновение дугового разряда |
| Выгоревшая изоляция | Перегруженная проводка, повреждённый провод или плохой контакт |
| Обгоревшая распределительная коробка | Плохой контакт, неисправный проводник |
| Отсутствует напряжение на нагрузке. | Сработал автоматический выключатель, плохой контакт или неисправный проводник. |
| Прерывистое напряжение на нагрузке | Плохой контакт или искрение |
Статья предоставлена спонсором – лабораторией качества электроэнергии ZEUSELECTRO (www.zeuselectro.com).
Современные анализаторы качества электроэнергии это:
- Фиксация параметров качества электроэнергии с частотой от 24 кГц в режиме реального времени.
- Контроль дифференциальных токов от 5 мА и токов протекающие по контурам заземления.
- Программное обеспечение для анализа результатов длительных наблюдений и составления прогнозов надежности электроснабжения.
А специально для тех кто обратится и сообщит кодовое слово «САМЭЛЕКТРИК» получит дополнительную скидку 5 % на услуги и приборы и бесплатный бумажный каталог решений для качества электроэнергии изданный совместно с немецкой компанией Janitza на 400 страницах.
Автор: Александр Ярошенко/«СамЭлектрик.ру»
