Sistem neutru sau diagramă de legare la pământ

Înțelegerea sistemului neutru sau a schemei de legare la pământ

În Franța, conexiunea la pământ sau sistemul neutru adoptat de serviciile de distribuție publică (EDF) este sistemul TT. Există și alte regimuri neutre, cum ar fi TN sau IT. Pe unele instalații industriale private, este posibil să se stabilească un sistem neutru diferit de TT, cum ar fi TN-C sau TN-S de exemplu. În capitolele următoare, vom explica principiul, avantajele și dezavantajele acestor diferite regimuri neutre.

Diagramele de conectare la sistemul neutru sau la pământ

Scopul diagramelor de legare la pământ este de a proteja proprietățile și persoanele împotriva defectelor de izolație. Ele constituie o buclă numită " bucla de defect„Permiterea curgerii curenților de defecțiune și astfel solicitarea dispozitivelor de protecție prin întrerupere automată. Toate acestea pentru a evita riscul de electrocutare sau chiar electrocutare.

Fost cunoscut sub numele de „ sistem neutru », Iată o scurtă prezentare a celor 3 diagrame de conectare la pământ utilizate în distribuția de joasă tensiune.

Conductorul neutru și masele metalice

Fiecare diagramă este diferențiată de modul de conectare al neutru a sursei de energie comparată La pământ, precum și modul în care mase metalice ale instalației.

Pe scurt, modul de conexiune la pământ dintre aceste două elemente vor condiționa parametrii legați de siguranța persoanelor și a echipamentelor.

Distingem 3 diagrame de legare la pământ:

TT
TN (și variantele sale TN-C și TN-S)
ACEASTA

Folosim litere pentru a disocia fiecare diagramă:

1timpscrisoare indică modul de conectare al neutru al sursei față de pământ.

2ascrisoare indică modul de conexiunea maselor metalice util în raport cu pământul .

Asa ca T indică faptul că elementul în cauză se referă la Trătăcește.

NU indică faptul că elementul în cauză este legat de NUfi.

În cele din urmă, Eu indică faptul că elementul în cauză nu are legătură directă (Eusolé sau Eumpédant) la pământ.

Trebuie remarcat faptul că NU nu va ocupa niciodată prima literă a perechii; pe de altă parte, Eu nu o va ocupa niciodată pe a doua.

Cele 3 tipuri de diagrame de legare la pământ

TT (împământarea neutrului și împământarea maselor metalice)
TN (împământarea neutrului, împământarea maselor metalice)
ACEASTA (impedant neutru sau izolat de pământ, împământarea maselor metalice)

Potențialul neutrului poate fi fixat față de pământ prin cinci metode diferențiate de natura (capacitate, rezistență, inductanță) și valoarea (zero la infinit) a impedanței legăturii Zn care va fi conectată între neutru și pământ.

În acest caz, Zn este:

∞ neutru izolat, nici o legătură intenționată,
rezistenţă de valoare mai mare sau mai mică,
reactanţă valoare mică, de obicei,
reactanța intenționată pentru a compensa capacitatea rețelei,
0 - neutru se conectează direct La pământ.

Dificultăți și criterii pentru alegerea unui regim neutru

Criteriile de selecție se referă la mai multe aspecte:

tehnice (funcție de rețea, supratensiuni, curent de defect etc.),
operațiunilor (continuitatea serviciului, întreținere),
de securitate,
economic, (investiții și costuri de exploatare),
obiceiuri locale sau naționale.

În special, două considerații tehnice importante sunt contradictorii:

Reduceți nivelul supratensiunilor

Surge-urile au mai multe origini:

condițiile atmosferice legate de fulgere la care toate rețelele aeriene sunt expuse la punctul de livrare către utilizatori,
intern în rețea cauzat de manevre și anumite situații critice (rezonanțe ale anumitor rețele),
rezultat din defectul de pământ în sine și eliminarea acestuia prin protecțiile obișnuite (întrerupătoare de circuit).

Reduceți curentul de defect la pământ Id.

Un curent de defect prea mare duce la o serie întreagă de consecințe:

deteriorarea arcului la punctul de defect; în special fuziunea circuitelor magnetice ale mașinilor rotative,
rezistența termică a ecranelor cablurilor.
dimensiunile și costul rezistorului de împământare,
inducerea în circuitele de telecomunicații învecinate,
pericol pentru oameni, prin creșterea potențialului maselor.
Din păcate, optimizarea uneia dintre aceste cerințe o degradează automat pe cealaltă.

Astfel, două metode tipice de împământare neutră accentuează acest contrast:

neutrul izolat, care elimină debitul în neutru al curentului de defect la pământ, dar generează cele mai multe supratensiuni datorită absenței unei referințe de tensiune,
neutru direct la pământ, care minimizează supratensiunile, dar provoacă un curent mare de defect de la rezistența mică la scăzută a firului de împământare.

Alegerea va cădea adesea pe o soluție intermediară de neutru conectat la pământ prin impedanță.

Diagrama neutrului izolat (IT)

Pe o astfel de diagramă de legare la pământ, cu izolat neutru, o defecțiune fază-pământ provoacă doar un curent redus (Id) prin capacitățile fază-pământ ale fazelor sănătoase.

Legea lui Ohms simplificat (U = RI sau U = ZI adică U = 1/C ω I) arată că> ω V.

- V fiind tensiunea de fază la neutru,

- C capacitatea unei faze față de pământ,

- ω pulsația rețelei (ω = 2 π f cu f = 50Hz în Franța).

Id-ul curent poate rămâne, în principiu, pentru o lungă perioadă de timp, fără a se deteriora, deoarece nu depășește câțiva amperi (aproximativ 2A pe km pentru un cablu cu un singur nucleu de 6kV cu o secțiune de 150 mm2 izolată cu PRC, a cărei capacitate este 0,63 μ F/km).

După cum se poate observa, curentul de defect este suficient de scăzut (de ordinul curenților de scurgere cauzați de anumite echipamente) pentru a menține instalația în funcțiune.

Cu toate acestea, acest tip de conexiune are următoarele consecințe:

Defecțiunea izolației, dacă nu este eliminată, trebuie indicată printr-un monitor permanent de izolare, tastați Vigilohm IM9 sau IM400 de la SCHNEIDER.

Căutarea ulterioară a defecțiunii necesită, pe de o parte, un aparat care este cu atât mai complex cu cât este automat, pentru a permite identificarea rapidă a alimentatorului defect și, pe de altă parte, un serviciu de întreținere calificat pentru a-l opera.
Dacă prima eroare nu dispare, o a doua defecțiune care apare pe o altă fază va provoca un adevărat scurtcircuit bifazic la pământ. Acest lucru va fi eliminat de protecțiile de fază (întreruptoare din gama SCHNEIDER sau LEGRAND).

Avantaj

Avantajul esențial este continuitatea serviciului, deoarece Id-ul curentului de defect, foarte scăzut, face posibilă declanșarea automată.

Dezavantaje

fără suprimarea supratensiunii prin curgerea pe pământ este un handicap major dacă sunt mari. În plus, dacă o fază este împământată, celelalte sunt aduse la tensiunea de linie în raport cu solul; ceea ce crește probabilitatea unui al doilea defect. Costul izolării este mai mare, deoarece tensiunea de linie rămâne aplicată între fază și pământ pentru o perioadă care poate fi lungă, deoarece nu există declanșare automată. Este necesar un departament de întreținere echipat cu echipamentul adecvat pentru căutarea rapidă a primei defecțiuni de izolație.

Diagrama neutrului rezistent (rezistență între punctul neutru și pământ)

În acest tip de diagramă, o impedanță rezistivă limitează curentul de defect la pământ Id, permițând în același timp un flux bun de supratensiuni. O protecție de prag plasată în general în circuitul neutru trebuie să intervină pentru a elimina prima defecțiune.

În rețelele care furnizează mașini rotative, valoarea rezistenței este determinată pentru a obține un curent Id de ordinul 15 la 50A.

În rețelele de distribuție, se adoptă valori mai mari (100 până la 1000A), care sunt mai ușor de detectat și permit curgerea fulgerelor.

Avantaj

Această schemă de conectare este un bun compromis între un curent de defect scăzut Id și supratensiunile care curg bine. Protecțiile sunt simple, selective, iar curentul este limitat.

Dezavantaje

Primul este că nu există o continuitate a serviciului; în cazul unei defecțiuni la pământ, trebuie eliminată imediat.

Al doilea punct este că costul rezistenței la împământare crește odată cu tensiunea și curentul care urmează să fie limitat deoarece puterea disipată în această rezistență este proporțională cu pătratul curentului (I 2).

Diagrama de impedanță neutră (reactanța dintre punctul neutru și pământ)

Pentru tensiuni de rețea mai mari de 40kV, este preferabil să se utilizeze o reactanță (bobină cu inductanță) mai degrabă decât o rezistență din motive de dificultate de realizare din cauza eliberării de căldură în cazul unei defecțiuni.

Acest sistem compensează curentul capacitiv al rețelei.

De fapt, curentul de defect Id este suma curenților care curg prin următoarele circuite:

împământare prin reactanță,
capacitățile fazelor sănătoase în raport cu pământul.

Acești curenți se compensează reciproc, deoarece:

unul este selfic (în pământ),
cealaltă este capacitivă (în capacitățile fazelor sănătoase).

Acestea adaugă în fază opoziție; este vector egal cu zero.

În practică, valoarea scăzută a rezistenței face ca un curent rezistiv mic Ik1 de câțiva amperi să curgă.

În rețeaua franceză, la stația sursă un sistem de reglare automată (SAA) efectuează periodic ajustarea pentru a ține seama de schimbarea topologiei rețelei, dezacordul maxim autorizat este de 40 A.

Avantaj

Acest sistem face posibilă reducerea curenților de defect Id chiar dacă capacitatea fază-pământ este mare.

La locul defectului, tensiunile de contact sunt limitate.
Instalarea este menținută în funcțiune în ciuda unei defecțiuni permanente.
Semnalul primei defecțiuni este dat de detectarea trecerii curentului în bobina punctului neutru.

Dezavantaje

Costul reactanței la împământare poate fi ridicat datorită necesității de a modifica valoarea reactanței pentru a adapta compensarea.
Pe durata defecțiunii, trebuie să se asigure că curentul rezidual care circulă nu prezintă pericol pentru oameni și bunuri.
Riscurile de supratensiune tranzitorie în rețea sunt semnificative.
Implementarea protecției selective la prima defecțiune este delicată.

Protecţie

Detectarea defecțiunilor se bazează pe componenta activă a curentului rezidual. Într-adevăr, defecțiunea provoacă fluxul de curenți reziduali în întreaga rețea. Cu toate acestea, numai circuitul defect este parcurs de un curent rezidiv rezistiv.

În plus, dispozitivele de protecție iau în considerare defecțiunile repetitive de auto-stingere (defecțiuni recurente).

Când reactanța pământului și capacitatea rețelei sunt potrivite (3L N C ω 2 = 1)

curentul de defect este minim,
este un curent rezistiv,
vina se auto-stinge.

Reactanța de compensare se numește apoi bobină de stingere sau bobină Petersen.

Diagrama neutrului conectat la pământ

Neutrul este conectat la pământ fără impedanță sau rezistență la conectare. Astfel, curentul de defect Id între fază și pământ este practic un scurtcircuit de fază neutră, deci de valoare mare.

Această schemă, ideală pentru fluxul de supratensiuni, implică toate dezavantajele și pericolele unui curent mare de defect la pământ.

Nu există o continuitate a serviciului. Cu toate acestea, nu există protecții specifice, protecțiile la supracurent de fază normală acționează pentru a elimina defecțiunea.

Dimensionarea secțiunii transversale a conductorului permite împământarea neutrului transformatorului HV/LV. Acesta trebuie realizat luând în considerare tensiunea termică a conductorului (I 2 S) și valoarea maximă Ik1 a scurtcircuitului care ar putea fi dezvoltat (scurtcircuit neutru de fază).

De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că curenții armonici la frecvențe multiple de 50 Hz pot induce, de asemenea, supraîncălzirea. În acest caz, valoarea curentului asimetric trebuie luată în considerare pentru a determina secțiunea transversală a conductorului. Curentul permanent de scurtcircuit nu trebuie luat în considerare.

Concluzie

Așa cum am menționat la începutul articolului, este mai ales sistemul neutru TT pe care îl întâlnim și pe care îl folosim în Franța. În funcție de aplicație, este posibil să se stabilească un sistem neutru de tip TN-C sau TN-S. Acest lucru se face cu condiția ca stația de transformare HV/LV să fie la sediul clientului.

Particularitatea sistemului neutru TN-C constă în faptul că conductorul neutru (N) și conductorul de protecție (PE) sunt comune (PEN). Acest lucru economisește un conductor, precum și un stâlp în ceea ce privește protecția prin întrerupătoare. Punctul important de remarcat este că devine interzisă tăierea conductorului neutru. Acționează ca un conductor de protecție. Cu toate acestea, se acordă o atenție specială identificării acestor cabluri sau conductoare.

Particularitatea sistemului neutru TN-S constă în faptul că conductorul neutru (N) se separă de conductorul de protecție (PE). Prin urmare, aceasta înseamnă că se face distincție la nivelul cablurilor sau conductoarelor. (Neutru în albastru și PE în V/J). Întrerupătoarele obișnuite taie polul corespunzător neutrului. Prin urmare, principalul avantaj este rezistența buclei de defect. Ceea ce este dificil în regimul TT, având în vedere variația rezistenței solului.