Neutrales System - Einfach geerdet oder Mehrfach geerdet?

Lampe anschließen - 2 Drähte ohne FI ( klassische Nullung) von M1Molter (April 2019).

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Neutrales System - Einfach geerdet oder mehrfach geerdet? (Foto von WM Dyer Electrical Contractors)

Im Verteilungssystem ist die dreiphasige Last eine Unwucht und nicht linear, so dass der Neutralleiter eine sehr wichtige Rolle im Verteilungssystem spielt.

Im Allgemeinen werden Verteilungsnetze in einer unsymmetrischen Konfiguration betrieben und auch für Verbraucher. Dies führt dazu, dass der Strom durch den Neutralleiter fließt und die Spannung auf den Neutralleiter fällt. Die Unwuchtlast und der übermäßige Strom im Neutralleiter ist eines der Probleme in Dreiphasen-Vierleiter-Verteilungssystemen, die einen Spannungsabfall durch den Neutralleiter verursachen und Probleme für die Kunden bereiten.

Die Existenz einer neutralen Erdspannung macht ein Ungleichgewicht in drei Phasenspannungen für Dreiphasen-Kunden und eine Verringerung der Phase auf Neutralspannung für einphasige Kunden.

Mehrfach geerdeter Dreiphasen-Vierdraht-Service ist in modernen Stromverteilungssystemen weit verbreitet, da er geringere Installationskosten und eine höhere Empfindlichkeit des Fehlerschutzes aufweist als ein Dreiphasen-Dreidraht-Service.

Die Neutralen spielen eine wichtige Rolle bei Problemen der Netzqualität und Sicherheit. Das mehrfach geerdete neutrale System ist das vorherrschende elektrische Verteilungssystem, das in den Vereinigten Staaten verwendet wird.

Es ermöglicht ungehinderten Stromfluss ungehindert über die Erde zu fließen, birgt das Potenzial für Schäden an der Öffentlichkeit und an Tieren, die Elektroschocks verursachen, und ist verantwortlich für unentdeckte Stromschläge.

Die Schutzerdung, die bei Niederspannungs-, 600-Volt- und darunter-Anwendungen verwendet wird, wird beschrieben und verwendet, um die Gefahren zu erläutern, die mit dem in den Vereinigten Staaten verwendeten multi-geerdeten Neutral-Verteilungssystem von heute verbunden sind. Dies wird dem Leser erlauben, die Parallelen zwischen dem sicheren Niederspannungsverteilungssystem und dem Multi-geerdeten neutralen Verteilersystem mit einer gefährlichen Mittelspannung zu sehen.

Die Gründe für die Entwicklung der dreiphasigen, vieradrigen, mehrfach geerdeten Systeme beinhalten eine Kombination aus Sicherheit und wirtschaftlichen Überlegungen. Das dreiphasige, vieradrige, mehrfach geerdete Design wird seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt und ist in den Normen einschließlich des National Electrical Code (NEC) gut dokumentiert. Es ist von entscheidender Bedeutung, das Multi-Grounded-Neutral-System durch die Einführung des Multi-Grounded-Neutral-Stromverteilungssystems "Kosten zu sparen".

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Multi geerdetes neutrales System (MEN)

Dreiphasiger vieradriger, mehrfach geerdeter Neutralleiter

Die Abbildung links zeigt die mehrfach geerdeten neutralen Systeme, die üblicherweise von den Stromversorgern in Nordamerika verwendet werden. Die Neutrale Erdungsdrossel wird von einigen Versorgungsunternehmen verwendet, um den verfügbaren Erdfehlerstrom zu reduzieren und gleichzeitig ein effektiv geerdetes System aufrechtzuerhalten.

Das Erdungssystem mit mehreren geerdeten Nullleitern (MEN) ist einer, bei dem der Niederspannungs-Neutralleiter als der Rückweg mit niedrigem Widerstand für Fehlerströme verwendet wird und dessen Potentialanstieg niedrig gehalten wird, indem er an einer Anzahl von Orten mit Erde verbunden ist seine Länge. Der Neutralleiter ist am Verteilungstransformator, an jeder Verbraucherinstallation und an bestimmten Polen oder unterirdischen Säulen mit Erde verbunden. Der Widerstand zwischen dem Neutralleiter des Verteilungssystems und der Erde darf an keiner Stelle 10 Ohm überschreiten.

NEC Artikel 250 Teil X Erdung von Systemen und Stromkreisen 1 kV und darüber (Hochspannung)

  1. Mehrfacherdung: Der Neutralleiter eines geerdeten Neutralsystems darf an mehr als einem Punkt geerdet sein.
  2. Mehrfach geerdeter Neutralleiter: Erden Sie jeden Transformator, Erden Sie in Abständen von 400 m oder weniger. Erden Sie abgeschirmte Kabel, wenn diese dem Kontakt mit dem Personal ausgesetzt sind.

Single Grounded Neutral

Dreiphasiger Vierleiter, einfach geerdet

Die Abbildung links zeigt einen einzelnen geerdeten Neutralleiter, der sich von einem mehrfach geerdeten System unterscheidet. In der Abbildung ist der Neutralleiter ebenfalls mit Erde verbunden, aber der Neutralleiter ist zusammen mit den Phasenleitern verlängert. Die in der Abbildung gezeigte Konfiguration ermöglicht es, dass elektrische Lasten, Transformatoren zwischen jedem der drei Phasenleiter, Phase-Phase und / oder Phase-zu-Neutral, platziert werden.

Diese Verbindung, Phase zu Neutral, zwingt den elektrischen Strom, über den Nullleiter zurück zum Transformator zu fließen. Bis jetzt ist diese elektrische Verbindung akzeptabel, solange der Neutralleiter isoliert oder als potentiell erregt behandelt wird, aber in der Zukunft werden Modifikationen vorgenommen werden, die die Sicherheit für die Öffentlichkeit und die Tiere negieren.

Die Erdverbindung würde typischerweise in der Verteilungsunterstation angeordnet sein. Dies mag unbedeutend erscheinen, aber die Unterschiede sind signifikant

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Vorteile von mehrfach geerdeten neutralen Systemen

(1) Optimieren Sie die Größe der Überspannungsableiter:

  • Überspannungsableiter werden unter normalen Bedingungen und anormalen Bedingungen auf der Grundlage der Leiter-Erde-Spannung an ein Stromversorgungssystem angeschlossen. Unter Erdschlussbedingungen kann die Leiter-Erde-Spannung bis zu 1, 73 pro Einheit an beiden erhöht werden, ohne Fehler.
  • Die Anwendung von Überspannungsableitern auf einem Stromversorgungssystem hängt von der Wirksamkeit der Systemerdung ab. Die Überspannungsbedingung, die während eines Erdschlusses auftreten kann, kann minimiert werden, indem die Nullimpedanz niedrig gehalten wird. Daher ist die Optimierung der Dimensionierung der Überspannungsableiter auf dem System von der Systemerdung abhängig.
  • Ein effektiv geerdetes Stromversorgungssystem ermöglicht die Verwendung eines Überspannungsableiters mit niedrigerer Nennleistung. Der Überspannungsableiter mit niedrigerem Nennwert bietet einen besseren Überspannungsschutz bei geringeren Kosten. Ein effektiv geerdetes System kann nur mit einem ordnungsgemäß dimensionierten, mehrfach geerdeten System-Neutralleiter erreicht werden.
  • Bei einem Single Grounded Neutral System ist die Verwendung von vollisolierten Ableitern erforderlich. Dies erhöht die Kosten der Überspannungsableiter und reduziert gleichzeitig den Schutz des Überspannungsableiters. Wenn der vierte Neutralleiter nicht mehr geerdet ist, wäre es außerdem eine gute Praxis, Überspannungsableiter an geeigneten Stellen auf diesem Leiter anzuordnen.

(2) Die Nullsequenzimpedanz ist für ein mehrfach geerdetes System niedriger als für das einpolig geerdete Nullsystem.

(3) Einfrieren und arktische Bedingungen haben eine nachteilige Auswirkung auf die Nullsequenzimpedanz. Ein mehrfach geerdeter System-Neutralleiter senkt die Nullimpedanz immer noch über einen einzelnen Massepunkt. Ohne das mehrfach geerdete System ist es wahrscheinlicher, dass ein unzureichender Fehlerstrom fließt, um den Erdfehlerschutz ordnungsgemäß zu betreiben.

(4) Die Kosten der Ausrüstung für das mehrfach geerdete System sind niedriger.

(5) Sicherheitsbedenken bei Kabelschirmen.

  • Mittelspannungs- und Hochspannungskabel haben typischerweise Kabelabschirmungen (NEC-Anforderungen über 5 kV), die geerdet werden müssen. Es gibt mehrere Gründe für dieses Schild:

    • Um elektrische Felder innerhalb des Kabels zu begrenzen
    • Um eine gleichmäßige radiale Verteilung des elektrischen Feldes zu erhalten
    • Zum Schutz vor induzierten Spannungen
    • Um die Gefahr von Stößen zu reduzieren

    Wenn die Abschirmung nicht geerdet ist, kann die Stromschlaggefahr erhöht werden. Wenn die Abschirmung an einem Punkt geerdet ist, kann die induzierte Spannung an der Abschirmung erheblich sein und eine Stromschlaggefahr darstellen. Daher ist es üblich, mehrere Erdungen auf der Abschirmung anzubringen, um die Spannung auf 25 Volt zu begrenzen.

    Diese Praxis von Mehrfach-Erdungs-Kabelabschirmungen schließt die Erdung von konzentrischen Neutralen an Stromkabeln ein, wodurch die Notwendigkeit einer Mehrfacherdung von Neutralen an dem Stromversorgungssystem erweitert wird.

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Nachteile der Mehrfach-Erdung

(1) Weniger elektrische Sicherheit in öffentlichem und privatem Eigentum.

  • Bei einem Multi - geerdeten Neutralleiter - Verteilersystem ist mindestens 4 Mal pro Meile eine elektrische Verbindung zur Erde erforderlich, um die Spannung am Multi - Masse - Neutralleiter über 25 Volt zu halten, damit es für die Linemen sicher ist, sollten sie in Kontakt kommen neutral und die Erde.
  • Gemäß NESC Rule 096 C in dem Abschnitt mit dem mehrfach geerdeten Neutralleiter, der mindestens 4 Mal pro Meile geerdet ist, und an jedem Transformator und Blitzableiter gibt es nun mehrere Pfade über und durch die Erde, über die der gefährliche elektrische Strom kontinuierlich fließen kann unkontrolliert.
  • Der Weg, den dieser Strom durch die Erde zurücklegt, kann nicht bestimmt werden. Wir können kein Isotop auf jedes Elektron legen und seinen Weg verfolgen, während es unkontrolliert durch die Erde fließt. Es ist unverantwortlich, dass unkontrollierter Strom in und über Privateigentum fließt.
  • Der National Electrical Code (NEC) verlangt, dass der Neutralleiter in der Service-Trenn- und Überstrom-Schalttafel ebenfalls mit der Erde verbunden ist. Jetzt ist der sekundäre Neutralleiter ein zweites Mal mit Erde verbunden. Es besteht nun eine Parallelschaltung des Neutralleiters zur Erde, wodurch gefährlicher elektrischer Strom kontinuierlich unkontrolliert über die Erde fließen kann.

(2) Die Einstellung des Erdfehlerschutzrelais ist kompliziert.

Vorteile von Single Grounded Neutral System

(1) Zuverlässigeres und sicheres System.

(2) Die Einstellung des Schutzrelais ist einfacher bei Single Grounded Neutral:

  • Schutzrelais müssen abnormale Bedingungen erkennen, insbesondere solche, die einen Erdschluss verursachen. Das einpolig geerdete System mit oder ohne Neutralleiter, der in die Erde fließende Strom sollte als anormal betrachtet werden (mit Ausnahme des normalen Ladestroms). Für die Erfassung von Erdschlüssen sind:

    Erdschlussrelais in Neutralstellung

  • Ein Stromwandler an der Stelle, an der der Nullleiter geerdet ist, kann verwendet werden, um den Erdfehler (Nullsequenz) Strom zu messen.
  • Eine Null-Sequenz-CT, die die drei Phasen- und Neutralleiter umschließt.

    CT-Reststromkreis

  • Vier-CT-Reststromkreis (Drei-CT-Rest mit neutraler CT-Unterdrückung).
  • Der Schutz gegen Erdungsfehler in einem mehr geerdeten Neutralsystem ist schwieriger als bei einem einpolig geerdeten System, da sowohl Erd- als auch Erdfehlerströme berücksichtigt werden müssen.
  • Neutraler Strom und ebenfalls Erdschlussstrom können sowohl im Neutralleiter als auch im Erdstrom fließen. Also müssen wir beide Ströme als die Menge des neutralen Stroms berechnen, die im Stromkreis fließen kann, und die Erdfehlereinstellung muss über diesem neutralen Strom liegen. Dies ist selbsterklärend von Fig.

(3) Erfassung von Erdfehlerstrom:

  • Während die Erfassung des Erdfehlerstroms in dem einpunktgeerdeten System weniger komplex ist als das mehrfach geerdete System, kann die Menge an Erdfehlerstrom an dem einpunktgeerdeten System aufgrund der Tatsache, dass der gesamte Erdfehlerstrom fließen muss, stark begrenzt sein kehre durch die Erde zurück. Dies gilt insbesondere dort, wo der Erdwiderstand hoch ist, der Boden gefroren ist oder der Boden extrem trocken ist.

VERWEISE:

  • John P. Nelson Fellow, IEEE ANSI / IEEE Std. 142-1991
  • Westinghouse Electric Corporation, Referenzhandbuch für elektrische Übertragung und Verteilung NFPA 70
  • Jeffery Leib, Train-Car stürzt auf dem Vormarsch, Denver Post Newspaper, 7. November 2002
  • RT Beck und Luke Yu, Design Überlegungen für Erdungssysteme

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