Речь пойдёт о распространённом поверьи, являющимся "научно-теоретическим базисом" для множества неверных рассуждений и принятия ошибочных хозяйственных решений, среди которых — отказ от системы заземления TN-C-S.
(детализация схем рассчитана на компьютерный экран).
1. АВАРИИ НА ЛЭП В АСПЕКТЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ
С какой трудноуяснимой мыслью следует приступать к дальнейшему чтению статьи неискушенным домохозяйствующим субъектам?
Вот с этой: У абонента энергоснабжающей организации
- По фазному проводу течет ток ИНДИВИДУАЛЬНОГО потребления
- По нейтральному проводу течет ток трёхфазной РАЗНОСТИ КОЛЛЕКТИВНОГО потребления.
Разности, а не суммы, как часто приходится слышать. А это значит, что
Теперь рассмотрим два вида аварий, связанных с нейтральным проводом.
Авария 1-го вида. Отрыв нейтрального провода на трансформаторной подстанции ("отрыв трансформаторного нуля")
Авария 2-го вида. Отрыв нейтрального провода у абонента ("отгорание щитового нуля")
2. ПОВЕРЬЕ. ЕГО ИСТОКИ И ВЛИЯНИЕ НА МИФОСФЕРУ
Широко распространённое не только в народе, но и в среде вольных электриков убеждение в том, что все перекосы фаз случаются на подстанциях, и что все они разрушительны, сложилось из смешения двух вышеописанных видов аварий: последствиям второго вида приписываются причины первого.
На основе этой нарушенной причинно-следственной связи строятся абсолютно неверные картины всеохватности бедствия, идущего от "самых начал" электроснабжения и рождаются поверья второго уровня: о взаимоперетеканиях по индивидуально заземленной нейтрали больших соседских токов; о платежах за всех соседей по "считающим по нулю" счетчикам; о выносах потенциала на заземленные корпуса "холодильников" и "стиралок" у всех абонентов сети с заземленной нейтралью и т.д. Хотя в действительности в 99% случаев разрушительные проявления перекоса фаз принадлежат второму виду и локализуются в единственной точке отвода от ЛЭП, принадлежащей либо индивидуальной трехфазной электроустановке, либо трём долевым однофазным. Условный 1% разрушительных "трансформаторных" аварий можно оставить за глухими деревнями на 5 домов и заброшенной трансформаторной подстанцией.
Неверной интерпретации аварийных событий способствует то обстоятельство, что для большинства однофазных абонентов коллективная точка трехфазного отвода находится вне зоны их персональной эксплуатационной ответственности и внимания, а потому ошибочно, в ходе облегчённых размышлений ассоциируется с самим источником электропитания.
Да и владельцы персональных трехфазных уличных щитов не все заглядывают в них для уточнения "где, чего, и у кого отгорает" и тоже большей частью укрепляют поверье фразами, вроде "Опять у них там, на подстанции...".
3. ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЁТЫ
А с электрическими величинами каких порядков мы имеем дело в реальных аварийных ситуациях? Это полезно знать, чтобы уйти от грубо оценочных и мифологически искажённых представлений об этих величинах.
Приведём результаты проверочных расчётов "перекосов фаз", или, грамотнее говоря, "несимметрии токов и напряжений", основанных на данных натурных замеров и справочников и смоделированных на так называемых "схемах замещения".
Условия замеров:
- Район - Новая Москва
- Трансформаторная подстанция - КТП 630 кВа, 10-0,4 кВ,
- ВЛ - без повторного заземления нейтрали
- Магистральный провод - СИП 25мм2
- Основной грунт - суглинок тугопластичный
- Дата замеров - июль 2024 г.
- Измерительный прибор - ИФН-300
Для моделирования аварийных ситуаций использована специальная программа для расчёта и анализа работы электрических схем "Tina-TI" от компании Texas Instruments. В модели использованы параметры источника электроэнергии, рекомендованные производителем ПО, но с небольшой коррекцией: для простоты восприятия амплитудное значение 311V (действующее 220V) заменено на действующее напряжение 230V, принятое за норму по ГОСТу 29322-2014. Кто хочет изучать явления в амплитудных значениях по ГОСТу, умножает действующее на 1,41.
Внутреннее сопротивление обмоток трансформатора получено из справочника.
Сопротивления проводов для "Абонента" вычислены по формуле: удельное_R_алюминия*длина_провода/сечение_жилы=0,028*276/25=0,309 Ом, что близко к значениям натурных замеров; для "Соседей" — суммарные среднестатистические.
Единицы измерения, обозначенные на схемах цифрами без букв, — это Омы. С буквой m — делённые на 1000 (300m = 0,3 Ом), с буквой k — умноженные на 1000 (10k = 10 000 Ом)
Модель 1
Отрыв трансформаторного нуля. Повторное заземление нейтрали у абонентов отсутствует (система TT).
Т.к. при симметричной "соседской" нагрузке ток в нейтрали "Абонента" близок к нулю, то придадим ей заведомо большу́ю асимметрию, чтобы убедиться, что даже и при ней аварийные последствия не столь велики. Уставки, рекомендованные производителями реле контроля напряжений — от 180 до 260V.
Модель 2
Отрыв трансформаторного нуля. Повторное заземление нейтрали у одного абонента есть (система TN-C-S).
Видно, что при наличии повторного заземления нейтрали у одного "Абонента" последствия аварии еще более нивелированы во всей сети. В частности, напряжение на нейтрали упало в два раза у абонента и, соответственно, во всей сети.
Список последствий аварии для данных условий:
- Напряжение прикосновения "корпус-земля" может составить несколько вольт от 24,23V на дальнем конце линии.
- Нагрузка на заземление (провод+кубометры грунта на участке протяженностью 190 м) составит 24,23V * 15,15A = 0,376кВт. Это в тридцать с лишним раз меньше, чем способен выдержать медный провод заземления сечением 6мм2, а нагрузочную способность грунта можно не учитывать.
- Финансовый ущерб за три дня при круглосуточном тарифе 7,33 руб/кВтч в 2024 г. составит 0,376кВт/ч*72часа*7,33руб=198,4 рублей, если счетчик "считает по нулю", при этом вы уехали из дома, отключив все приборы, а соседи не торопятся извещать аварийную службу о мерцающем освещении.
А если все эти значения поделить на два, на три, на четыре,.. т.е. привести показатели в соответствие с действием закона "нормального распределения" — исключить из модели постоянно действующий большой "соседский перекос", то и говорить не о чем.
Модель 3
Отрыв щитового нуля. Повторное заземление нейтрали у абонента есть (система TN-C-S).
Показательно усилим асимметрию нагрузки у "Абонента". Для сравнения обозначим результаты действия этой же модели без повторного заземления нейтрали (TT):
Это самая интересная модель. Во-первых, потому что она демонстрирует эффективность системы заземления TN-C-S, а во-вторых, потому что воспроизводит типичную для бытовых электроустановок аварийную ситуацию.
Модель 4
Аварий нет (система TN-C-S)
Ну, и в довершение моделирования — работа электроустановки без каких-либо отрывов, но с показательно большими асимметриями нагрузок. Интересовать нас в этом случае будут только показатели для PE проводника.
4. ВЫВОДЫ
- В подавляющем числе случаев "отгорания нуля" происходят на абонентском отводе, а не на трансформаторной подстанции. Помогите отыскать в интернете фотографию отгоревшей трансформаторной нейтрали — мне не удалось. А фотографий щитовых аварий — в избытке.
- Никакие соседские коллективные "перетоки"по нейтрали даже в маловероятной аварии на подстанции не представляют опасности для жизни, проводки и кошелька абонента, тем более, при наличии повторного заземления по системе TN-C-S.
- Особенно эффективной система заземления TN-C-S оказывается для самой распространенной и серьезной аварии отрыва нейтрали — в точке ближайшего к абоненту отвода. В отличие от электронного реле контроля напряжения, способного лишь на отключение аварийной электроустановки, заземление нейтрали предотвращает саму аварию.
- TN-C-S эффективна даже в условиях присоединения электроустановки к незаземлённой поселковой ЛЭП и отсутствия соседских повторных заземлений нейтрали.
- TN-C-S может обеспечить работоспособность некоторых автоматических выключателей при полном отрыве нейтрали (см. в испытаниях: измерение "петли фаза-грунт" показывает ток КЗ = 116А, что обеспечивает работоспособность автоматов номиналами до B16, или до C10 включительно.
- Любую абонентскую систему заземления, в т.ч. и TN-C-S, надо рассчитывать, исходя из конкретных условий. Для этого недостаточно измерения сопротивления растеканию ОДНОГО абонентского заземлителя в точке его монтажа. Это всё равно, что проверять прочность первого пролёта моста, уходящего в туман. Ведь на том конце моста может и не быть берега в виде электрода заземления трансформатора — отржавел, оторвался,.. между электродами находятся большие массы сухого песка или скального грунта... Надо проверять весь "мост", проводимость грунта между ДВУМЯ электродами. Измерения сопротивления грунта растеканию тока вокруг одного электрода — вынужденная мера, когда нет возможности подключится к ответному электроду, или их множество. Например, у трансформаторной подстанции 0,4 кВА.
Парадокс заключается в том, что из опасений статистически маловероятной аварии первого вида домохозяйствующие субъекты лишают себя не только защиты от неё, но и от аварии гораздо более вероятной, второго вида.
Но... Есть одно единственное обстоятельство, которое в российских условиях требует обязательного рассмотрения для принятия окончательного решения об использовании системы заземления TN-C-S.
Об этом здесь...
<буду благодарен за обнаруженные ошибки, опечатки, неточности>*
* * *
Оглавление "Книги поверий вольного электрика" здесь.