Нейтраль для чего нужна: Нейтральный провод — Википедия – это… Определение, устройство и назначение

Содержание

Нейтральный провод — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 февраля 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 февраля 2019; проверки требует 1 правка. Color wire blue.svg

Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях.

При соединении обмоток генератора и приёмника электроэнергии по схеме «звезда» фазное напряжение зависит от подключаемой к каждой фазе нагрузки. В случае подключения, например, трёхфазного двигателя, нагрузка будет симметричной, и напряжение между нейтральными точками генератора и двигателя будет равно нулю. Однако, в случае, если к каждой фазе подключается разная нагрузка, в системе возникнет так называемое напряжение смещения нейтрали, которое вызовет несимметрию напряжений нагрузки. На практике это может привести к тому, что часть потребителей будет иметь пониженное напряжение, а часть повышенное. Пониженное напряжение приводит к некорректной работе подключённых электроустановок, а повышенное может, кроме этого, привести к повреждению электрооборудования или возникновению

пожара.
Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии. Небольшое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нулевого провода.

Шина для раздачи нулевых проводов.

Нулевой рабочий провод обозначается буквой N. Если нулевой рабочий провод одновременно выполняет функцию нулевого защитного провода (в системе заземления TN-C), то он обозначается как PEN. Согласно ПУЭ цвет нулевого рабочего провода должен быть голубым или бело-голубым

[1]. Такая же расцветка принята в Европе. В США цвет нулевого рабочего провода может быть серым или белым.

В линиях электропередач разных классов применяются различные виды нейтралей. Это связано с целевым назначением и различной аппаратурой защиты линии от короткого замыкания и утечек. Нейтраль бывает глухозаземлённая, изолированная и эффективно-заземленная.

Эффективно-заземленная нейтраль[править | править код]

Применяется в линиях напряжением до 1000 В, при небольшой длине ЛЭП и большом количестве точек подключения потребителей. Потребителю приходят 3 фазы и ноль, подключение однофазной нагрузки осуществляется между фазой и нулевым проводом (нейтралью). Нулевой провод генератора также заземлён.

Изолированная нейтраль[править | править код]

Применяется в линиях с напряжением свыше 1000 В до 110 кВ, такие линии имеют среднюю протяжённость и сравнительно небольшое число точек подключения потребителей, которыми обычно являются ТП в жилых районах и мощные машины фабрик и заводов.

В линиях на 50 кВ может применяться как изолированная, так и эффективно-заземлённая нейтраль.

Глухо-заземленная нейтраль[править | править код]

Применяется на протяжённых линиях с напряжением от 110 кВ (п. 1.2.16 ПУЭ). Электрические сети напряжением 110 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

  • «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи» Бессонов Л. А. Москва. «Высшая школа». 1996 ISBN 5-8297-0159-6
  • ПУЭ

это… Определение, устройство и назначение

Электроэнергетика – это сложный промышленный комплекс, который состоит из множества составных частей. Чтобы каждый элемент работал правильно и выполнял поставленные задачи, необходимо точное знание и понимание физических процессов, которые протекают в силовом оборудовании. Некоторые из них легко объяснить, поэтому предлагаем познакомиться с таким понятием, как «нейтраль».

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль и исполнение обмоток силовых трансформаторов

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

  1. Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
  2. Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
  3. Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
  4. Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Как отмечалось выше, нейтраль – это соединение нулевого проводника трехфазного силового трансформатора или генератора. Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему энергетического оборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник.

Остальные варианты реализованы через заземление нулевого проводника на землю, ДГК, низкоомный резистор. Последние в основном используются на подстанциях, которые преобразуют электрическую энергию высокого напряжения на низкое, потребительское. Принципиальная схема – звезда.

Изолированная нейтраль в электрических сетях

Сеть с изолированной нейтралью

Применяется в распределительных сетях 6-35 кВ. Что касается физических проявлений изолированной нейтрали, напряжение возрастает до линейного. Основное назначение подобного типа связывается со следующими моментам:

  1. Сеть не отключается, продолжает работать. Потребители на фазах без замыкания используют однофазные бытовые приборы до отключения линии. Перекос по напряжению в сетях 0,4 кВ отсутствует, в сетях 6-35 увеличивается до линейного.
  2. Реализация таких сетей в разы дешевле в обслуживании, что позволяет экономить значительные средства на распределение электрической энергии.
  3. Высокая надежность работы, особенно на воздушных линиях электропередач. Падение ветки не отключит фидер и обеспечит его работоспособность.

Главными недостатками изолированных сетей считаются:

  1. При однофазном замыкании сеть продолжает работать, защиты не срабатывают, что иногда приводит к несчастным случаям с населением.
  2. Наличие феррорезонансных процессов и возникновение реактивной мощности, которая ухудшает качество электрической энергии.

Резистор и напряжение 110 кВ и выше: как исполнена нулевая точка?

Эффективно заземленная нейтраль в электрической сети

Эффективное заземление – это особый вид нулевого проводника, присоединенного к специализированному оборудования, который применяется в электроустановках выше 1 кВ. Для распределительных сетей используется вариант с заземлением через низкоомные резисторы, которые обеспечивают отключение линии при однофазном замыкании на землю без выдержки времени.

Линии высокого напряжения 110 кВ и выше также используют представленный тип нейтрали, что обеспечивает быстроту срабатывания защит. Для повышения чувствительности работы «релейки» у каждого силового трансформатора имеется специальное оборудование ЗОН. Одноколонковый заземлитель нейтрали обеспечивает также защиту от перегруза.

Заземление через низкоомные резисторы

Низкоомный резистор на подстанции

Использование низкоомных резисторов считается идеальным решением в плане безопасности людей в распределительных сетях, а также в вопросах сохранения изоляции кабельных линий. Реализация защит предполагает выведение нулевой точки на специализированное оборудование, которое обладает меньшим омическим сопротивлением и дает сигнал на отключение линии. Фидер отключается с минимальной выдержкой времени, что является одним из достоинств. К прочим необходимо отнести:

  • Первое, это нейтраль, которая при появление «земли» точно определяет поврежденное направление и отключает требуемую линию.
  • Второе: нет необходимости в дополнительных расчетах и составлении режимных карт при ограниченных возможностях кольцевания распределительных сетей.

Важными недостатками такого типа заземления:

  1. Не эффективен при больших токах замыкания на землю, так как появляются проблемы на подстанциях, где установлены низкоомные резисторы.
  2. Низкая эффективность на ВЛ, а также на линиях большой протяженности. В первом случае малейшее приближение веток деревьев станет причиной отключения фидера. Особенно актуально с потребителями 1 особой, 1 и 2 категории.
  3. Лишние отключения, которые возникают из-за неправильного срабатывания защит (отсутствие АПВ), предполагает простои в потреблении, материальные потери энергоснабжающей организации.

Глухое заземление силовых трансформаторов на землю

Глухозаземленная нейтраль в сети

Все, что связано с распределительной сетью 0,4 кВ – это нейтраль с глухим заземлением на землю. Представленному типу отводится особое место и роль в плане безопасности. При появлении короткого замыкания на землю срабатывает защита, в частности, перегорают ПН-2 или отключается автомат. Относительно такой сети разрабатываются и защиты для проводки в домах и квартирах. Ярким примером является действие УЗО, обеспечивающее выявление токов утечки.

Основными преимуществами такого типа нейтрали считаются:

  1. Идеально подходит для распределения электрической энергии, обеспечивает работоспособность бытового и специализированного однофазного/трехфазного оборудования.
  2. Схема защиты не требует специализированного и дорогого оборудования. Технические средства по типу предохранителей или автоматов легко справляются с глухим замыканием на землю.

К недостаткам относится:

  1. Защиты нечувствительны при дальнем КЗ. Необходимо точный расчет омического сопротивления петли фазы-нуль и правильный выбор автоматов или предохранителей.
  2. Срабатывания не возникает при отсутствии замыкания на землю. Это представляет опасность для человека, что корректируется через использование изолированных проводов.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Типы нейтралей для распределительной сети

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются:

  1. Основное преимущество связывается с назначением оборудования. Высокая степень защиты изоляции кабельных линий при правильной подстройке.

Недостатками сети с таким типом нейтрали считаются:

  1. Трудность настройки. Может возникнуть недокомпенсация или перекомпенсация, что не позволит правильно использовать оборудование. Для выстраивания необходим расчет индуктивности токов в зависимости от длины линии, мощности трансформаторов. В случае изменения схемы или добавления энергооборудования, плунжерные трансформаторы не всегда справляются с поставленными задачами.
  2. Неправильно настроенное оборудование и высокий износ кабельных линий приводит к цепной реакции, которая предполагает выход из строя нескольких слабых участков сети.
  3. Повышение технических потерь, которые возникают во время работы, а также проблемы безопасности. Компенсация тока на подстанции реализовывается относительно земли.
  4. Невозможность определения линии, где произошло замыкание. Процесс выбора фидера с «землей» осуществляется через сравнение токов гармоник, что не всегда считается эффективным средством получения достоверной информации.

Нулевой проводник и дугогасящая катушка, реактор

Дугогосящий рекатор шведского производства

Разница резонансно-заземленной нейтрали связывается с используемым оборудованием. Как отмечалось выше, нулевая точка может располагаться на дугогасящей катушке плунжерного типа или на регулируемом реакторе. Основные отличия связываются со следующими моментами:

  1. ДГК предполагает компенсацию через отстроенную систему плунжерных трансформаторов. Настройка реализована через расчеты реальной сети службой релейной защиты. При возникновении замыкания на землю происходит компенсация токов, основанная на индуктивности. Процесс не регулируется и не подстраивается, что является неприятным моментом в случае появления «земли» в нескольких точках разных линий.
  2. ДГР – более современное оборудование, которое предполагает использование автоматических систем определения индуктивности сети. Среди популярных вариантов считаются реакторы типа «РУОМ» с подстройкой «САМУР». Реализация опроса выполняется в реальном времени, что обеспечивает работоспособность даже при нескольких повреждениях с замыканием на землю.

Неважно глухозаземлена нейтраль или изолирована, применение каждого типа найдет место в современной электроэнергетике. А знание особенностей позволит разобраться с физической сущностью вопроса.

Глухозаземленная нейтраль: принцип действия, устройство, схемы

В подавляющем большинстве электросетей (до 1 кВ) применяется глухозаземленная нейтраль, поскольку такое исполнение наиболее оптимально для действующих требований электробезопасности. Учитывая распространенность этой схемы заземления нейтрали, имеет смысл подробно ознакомиться с ее устройством, принципом работы и техническими особенностями, а также основными требованиями ПУЭ к электроустановкам до 1 кВ.

Что такое глухозаземленная нейтраль?

Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.

Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»

Если нейтраль обмоток генератора или трансформатора заземлить, то такая система получит название глухозаземленной, с ее организацией можно ознакомиться ниже.

Сеть с глухозаземленной нейтральюРис. 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью

Устройство сетей с голухозаземленной нейтралью

Как видно из рисунка 2, характерной особенностью электросетей TN типа является заземление нейтрали. Заметим, что в данном случае речь идет не о защитном заземлении, а о рабочем соединении между нейтралью и заземляющим контуром. Согласно действующим нормам, максимальное сопротивление такого соединения — 4-е Ома (для сетей 0,4 кВ). При этом нулевой провод, идущий от глухозаземленной средней точки, должен сохранять свою целостность, то есть, не коммутироваться и не оборудоваться защитными устройствами, например, предохранителями или автоматическими выключателями.

В ВЛ до 1-го кВ, используемых в системах с глухозаземленной нейтралью, нулевые провода прокладываются на опорах, как и фазные. В местах, где делается отвод от ЛЭП, а также через каждые 200,0 метров магистрали, положено повторно заземлять нулевые линии.

Пример устройства сети TN-C-SПример устройства сети TN-C-S

Если от трансформаторных подстанций отводятся кабели к потребителю, то при использовании схемы с глухозаземленной нейтралью, длина такой магистрали не может превышать 200,0 метров. На вводных РУ также следует подключать шину РЕ к контуру заземления, что касается нулевого провода, то необходимость в его подключении к «земле» зависит от схемы исполнения.

Технические особенности

В данной системе, где используется общая средняя точка, помимо межфазного присутствует и фазное напряжение. Последнее образуется между рабочим нулем и линейными проводами. Наглядно отличие первого от второго продемонстрировано ниже.

Разница между фазным и линейным напряжениемРазница между фазным и линейным напряжением

Разность потенциалов UF1, UF2 и UF3 принято называть фазными, а величины UL1, UL2 и UL3 – линейными или межфазными. Характерно, что UL превышает UF примерно в 1,72 раза.

В идеально сбалансированной сети трехфазного электрического тока должны выполняться поддерживаться следующие соотношения:

UF1= UF2=UF3;

UL1=UL2=UL3.

На практике добиться такого результата невозможно по ряду причин, например из-за неравномерной нагрузки, токов утечки, плохой изоляции фазных проводников и т.д. Когда нейтраль заземлена, дисбаланс линейных и фазных характеристик энергосистемы существенно снижается, то есть, рабочий ноль позволяет выравнивать потенциалы.

Обрыв нулевого провода считается серьезной аварией, которая с большой вероятностью приведет к нарушению симметрии нагрузки, более известной под термином «перекос фаз». В таких случаях в сетях однофазных потребителей произойдет резкое увеличение амплитуды электрического тока, что с большой вероятностью выведет из строя оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В. Получить более подробную информацию о перекосе фаз и способах защиты от него, можно на страницах нашего сайта.

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Теперь рассмотрим подробно, с какой целью заземляется нейтраль и как подобная реализация обеспечивает должный уровень электробезопасности, для этого перечислим обстоятельства, которые могут привести к поражению электротоком:

  • Непосредственное прикосновение к токоведущим элементам. В данном случае никакое заземление не поможет. Необходимо ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
  • Образование зон с шаговым напряжением в результате аварий на ВЛ или других видах электрохозяйства.
  • Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, то есть, на нем появляется опасное для жизни напряжение.
  • В результате нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением могут оказаться кабельные каналы, короба и другие металлические конструкции, используемые при трассировке.

В идеале между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя существенно способствует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значительном удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти человеческую жизнь, как минимум, в двух последних случаях из указанного выше списка.

Чтобы избежать пагубного воздействия электротока необходимо заземлять корпуса электроприборов, а также и других металлических частей электроустановок зданий. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В результате произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.

Даже если защита не сработает, а кто-либо прикоснется к металлическому элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, поскольку в этой цепи будет меньшее сопротивление.

Движение тока при КЗ на корпусДвижение тока при КЗ на корпус

Говоря о принципе работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить быстрый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. По сути, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки или проблемного участка цепи.

При определенных условиях можно даже организовать защиту от образования опасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально опасном помещении стелют (если необходимо, то замуровывают в бетон) металлическую сеть, подключенную к общему заземляющему контуру.

Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной

Чтобы дать объяснить различие необходимо, кратко рассказать об основных особенностях изолированной нейтрали, пример такого исполнения приведен ниже.

Электроустановка с изолированной нейтральюРис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью

Как видно из рисунка при данном способе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообще отсутствует), поэтому открытые проводящие части (далее по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество такой системы заключается в том, что при первом однофазном замыкании можно не производить защитное отключение. Это несомненный плюс для высоковольтных линий, поскольку обеспечивается более высокая надежность электроснабжения. К сожалению, такой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.

Низкий уровень электробезопасности основной, но не единственный недостаток изолированной нейтрали, с их полным списком, а также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем сайте.

Системы TN и её подсистемы

Начнем с аббревиатуры. Первые две буквы характеризуют вариант исполнения заземления для нейтрали и ОПЧ соответственно. Варианты для первой литеры:

  • T (от англ. terra — земля) — обозначает глухозаземленную нейтраль.
  • I (от англ. isolate — изолировать) – указывает, что соединение с «землей» отсутствует.

Варианты вторых литер говорят об исполнении заземления ОПЧ: N или Т, используется глухозаземленная нейтраль или независимый контур, соответственно.

Сейчас практикуется три схемы нейтрали:

  1. Эффективное заземление обозначается, как ТТ. Особенность такой схемы заключается в том, что глухозаземленный вывод (N)считается рабочим проводом, а для защиты используется собственный заземляющий проводник (РЕ). Схема заземления ТТСхема заземления ТТ
  2. Изолированная нейтраль (принятое обозначение IT), схема системы была представлена выше на рис. 6.
  3. Вариант TN (глухозаземленное исполнение).

У последнего варианта исполнения есть три подвида:

  • Совмещенный вариант, принятое обозначение TN-С. У данного подвида защитный нуль соединен с нейтральным проводом, что не обеспечивает должного уровня электробезопасности. При обрыве РЕ+N защитное зануление становится бесполезным. Это основная причина, по которой от системы TN-C постепенно отказываются. Схема заземления TN-ССхема заземления TN-С
  • Вариант TN-S, нулевой и защитный проводники проложены раздельно. Такая схема наиболее безопасна, но для нее требуется использовать не 4-х, а 5-ти жильный кабель, что повышает стоимость реализации. Схема заземления TN-SСхема заземления TN-S
  • Подсистема, совмещающая в себе два предыдущих варианта – TN-C-S. От подстанции до ввода потребителя идет один провод, в РУ он подключается к шинам PE, N и заземляющему контуру. Такая подсистема заземленной нейтрали сейчас наиболее распространена. Схема заземления TN-C-SСхема заземления TN-C-S

Требования ПУЭ

В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:

  • Для подключения нейтрали к контуру заземления необходимо использовать специальный проводник.
  • При выборе места под заземляющее устройство следует исходить из минимально допустимого расстояния между ним и нейтралью.
  • Если в качестве заземления используется жб конструкция фундамента, то к его армирующему основанию следует подключаться не менее чем в 2-х точках, это гарантирует наиболее эффективную защиту.
  • Сопротивление заземляющего проводника для трехфазной цепи электрической сети 0,4 кВ имеет ограничение 4-е Ома. В исключительных случаях эта норма может быть пересмотрена исходя из характеристик грунта.
  • В линии глухозаземленной нейтрали запрещено устанавливать предохранители, защитные устройства и другие элементы, способные нарушить целостность проводника.
  • Правилами предписывается обеспечить заземляющему проводнику надежную защиту от механических повреждений.
  • ВЛ должна быть оборудована дублирующими заземлителями, они устанавливаются в начале и конце линии, на отводах, а также через каждые 200 м.
  • Дублирующее заземление должно выполняться и на вводе потребителя и обязательно указываться в схеме щитка ВРУ.
  • При организации бытовых однофазных сетей от ВРУ должна выполняться разводка тремя проводами, один из которых фаза, второй – ноль (N) и третий – защитный (РЕ).
  • Скорость срабатывания защитных автоматов, установленных в однофазных сетях с глухозаземленной нейтралью, не должна быть продолжительней 0,40 сек.

Эффективно заземлённая нейтраль — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 января 2014; проверки требуют 24 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 января 2014; проверки требуют 24 правки.

Эффективно заземлённая нейтраль — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (1 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Иначе говоря, при замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью напряжение между землёй и неповреждёнными фазами возрастает до линейного — примерно в 1,73 раза; в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжение на неповреждённых фазах относительно земли возрастёт не более чем в 1,4 раза. Это особенно важно для сетей высокого напряжения, что уменьшает количество изоляции при изготовлении сетей и аппаратов, удешевляя их производство. Согласно рекомендации МЭК к сетям с эффективно-заземлённой нейтралью относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В СССР и России сети с эффективно-заземлённой нейтралью — это сети напряжением 110 кВ и выше[1].

  • Возникновение больших токов короткого замыкания (к.з.) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты. Большинство коротких замыканий на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустранимым и электроснабжение обычно восстанавливается АПВ.
  • Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.
  • Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з. Для устранения этого вводят режим частично разземлённых нейтралей трансформаторов (часть трансформаторов 110-220 кВ работают с изолированной нейтралью: нулевые выводы трансформаторов присоединяются через разъединители, которые находятся в отключённом состоянии). Ещё одним из способов ограничения тока к.з. на землю-это заземление нейтралей трансформаторов через активные токоограничивающие сопротивления.

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали[править | править код]

Согласно ПТЭЭП[2] максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т.н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

  • Правила устройства электроустановок М., Энергоатомиздат, 1987 г.

Изолированная нейтраль. Устройство и работа. Применение

Изолированная нейтраль — в процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии применяется симметричная 3-фазная система. Такую симметричность можно достичь, приведя в одинаковое положение линейные и фазные напряжения. Поэтому на всех фазах создается равномерная нагрузка по току, равный фазный сдвиг напряжений и токов.

Но при эксплуатации такой системы часто возникают аварийные режимы, приводящие к различным неисправностям проводников. Вследствие этого возникает нарушение симметричности трехфазной системы. Такие нарушения необходимо быстро устранять. На это оказывает большое влияние быстродействие релейной защиты.

Ее правильное функционирование зависит от нейтралей, которые бывают изолированными или глухозаземленными. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, и используется в соответствующих условиях работы. От технического состояния релейной защиты зависит ее нормальная эксплуатация.

Устройство

Изолированная нейтраль создает режим, который нашел применение в российских энергосистемах для трансформаторов, а также генераторов. Их нейтральные точки не имеют соединения с контуром заземления. В сетях высокого напряжения (от 6 до 10 кВ) нейтральная точка не обязательна, так как обмотки трансформаторов выполнены по схеме треугольника.

По правилам имеется возможность ограничить режим изолированной нейтрали током емкости. Этот ток возникает при замыкании одной фазы.

Ток замыкания можно компенсировать путем использования дугогасящих реакторов в следующих случаях:
  • Более 30 А, напряжение от 3 до 6 кВ.
  • Больше 20 А, напряжение 10 кВ.
  • Ток более 15 А, напряжение от 15 до 20 кВ.
  • Ток больше 10 А, напряжение от 3 до 20 кВ, с опорами линий передач электроэнергии.
  • Все сети питания на напряжение 35 кВ.
  • В группе «генератор-трансформатор» при нагрузке 5 А и напряжении на генераторе от 6 до 20 кВ.

Допускается производить компенсацию тока замыкания на заземляющий контур путем замены ее на заземление нейтрали специальным резистором. В таком случае порядок действия релейной защиты изменится. Изолированная нейтраль впервые была заземлена в электрических устройствах с небольшой величиной напряжения.

В отечественных сетях питания изолированная нейтраль применяется в:
  • 2-проводных сетях постоянного тока.
  • 3-фазных сетях переменного тока до 1 кВ.
  • 3-фазных сетях от 6 до 35 киловольт при условии допустимого тока замыкания.
  • Низковольтных сетях, имеющих защитные устройства в виде разделяющих трансформаторов, защитной изоляции, для создания безопасных условий человека.
Принцип действия

Изолированная нейтраль применяется в схемах сетей питания в случаях соединения вторичных обмоток трансформаторов по схеме треугольника, а также при невозможности отключения питания при аварии. Поэтому точка нейтрали отсутствует.

Замыкание фазы на землю не считается коротким при схеме сети с изолированной нейтралью, так как нет соединения между землей и проводниками сети. Но это не значит, что не будет тока утечки при замыкании.

Это объясняется тем, что изоляция кабеля – это не абсолютный диэлектрик, как и другие изоляторы, которые имеют некую минимальную проводимость. Чем больше длина линии, тем выше ток утечки. Представим жилу кабеля обкладкой конденсатора. Второй обкладкой будет земля. Воздух и изоляция будет диэлектриком между токоведущими частями без напряжения, и кабелем. Емкость такого воображаемого конденсатора будет тем выше, чем длиннее линия передач.

Сеть с изолированной нейтралью представляет собой цепь замещения, учитывая удельную электроемкость сети и сопротивление изоляции. Это изображено на рисунке.

Такие компоненты цепи создают ток утечки. При различных условиях в таких сетях 380 вольт ток утечки незначителен, и составляет несколько миллиампер. Несмотря на это, такое замыкание приводит к аварии сети, хотя сеть еще может некоторое время работать.

Нельзя забывать, что в аналогичных сетях при замыкании 1-фазы на землю значительно повышается напряжение между землей и исправными фазами. Это напряжение приближается к величине 380 вольт (линейное напряжение). Этот факт может привести к удару электрическим током электротехнических работников.

Также, изолированная нейтраль при замыкании одной фазы на землю способствует пробиванию изоляции и появлению замыкания на других фазах, то есть, может возникнуть межфазное замыкание с большими токами. Чтобы обеспечить защиту в такой ситуации, необходимы плавкие вставки или автоматические выключатели.

Двойное замыкание на землю очень опасно для работников, обслуживающих сети. Поэтому, если в сети имеется однофазное замыкание, то такую сеть считают аварийной, так как условия безопасности резко снижаются. Наличие «земли» повышает опасность удара током при касании к элементам под напряжением. Поэтому замыкания даже одной фазы на землю немедленно должны устраняться.

Незначительная величина тока 1-фазного замыкания при изолированной нейтрали является причиной такого фактора, что такое замыкание невозможно отключить предохранителями и автоматами защиты. Поэтому потребуется вспомогательные релейные электроустановки, которые предупредят об аварийном режиме.

Эта система питания требует значительного числа сигнализаций и защитных устройств, а к работникам, которые обслуживают сети, предъявляются высокие квалификационные требования.

Преимущества

Режим изолированной нейтрали обладает достоинством, которое заключается в отсутствии надобности оперативного отключения первого 1-фазного замыкания на землю. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии небольшой емкости тока на заземление.

Изолированная нейтраль применяется ограниченно, так как имеет несколько серьезных недостатков.

Недостатки
  • Сложное обнаружение неисправностей.
  • Все электроустановки требуется изолировать на линейное напряжение.
  • Если замыкание продолжается длительное время, то существует действительная опасность удара человека электрическим током.
  • При 1-фазных замыканиях не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты, так как величина действительного тока замыкания напрямую зависит от работы сети питания, а именно от числа подключенных веток цепи.
  • Снижается срок службы изоляции из-за постепенного накапливания дефектов вследствие воздействия на нее дуговых перенапряжений в течение длительного времени.
  • Повреждения могут появиться в различных местах из-за пробоя изоляции в других местах, где появляются дуговые перенапряжения. Поэтому многие кабели выходят из строя, так же, как электродвигатели и другие электроустановки.
  • Возможно появление дуговых перенапряжений, дуги незначительного тока в местах 1-фазного замыкания на землю.

В результате можно сказать, что значительное число недостатков превосходит все преимущества этого режима. Но при некоторых условиях такой способ вполне проявляет свою эффективность и не нарушает требований правил электроустановок.

Похожие темы:

Режимы работы нейтрали трансформатора: разновидности, достоинства и недостатки

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

  1. изолированная;
  2. компенсированная;
  3. высокоомное резистивное заземление;
  4. низкоомное резистивное заземление;
  5. эффективное заземление нейтрали.

Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.

Изолированная нейтраль

Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.

Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.

 Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.

При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

regim neitral К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.

При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.

Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.

 Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.

Компенсированная нейтраль

Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.

Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.

Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.

Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.

Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:

Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.

Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. neitral transa 2 Есть два случая высокоомного заземления:

  1. Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
  2. Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты. neitral transa 3

Эффективно заземленная нейтраль

Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.

Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.

А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.

Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.

Глухозаземлённая нейтраль — ElectrikTop.ru

Глухозаземлённая нейтраль

Глухозаземленной нейтралью называется общая точка соединения типа «звезда» выходных обмоток трехфазного трансформатора или генератора, если она имеет непосредственное (или через сопротивление малой величины) соединение с физической землей. В нашей стране она используется только в электрических линиях напряжением 0,4 кВ.

Зачем заземлять нейтраль

Подключение общей точки выходных обмоток силовых трансформаторов с физической землей осуществляется с тремя целями:

  1. Для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электроустановки, и их самих.
  2. Для поддержания качества подаваемой электроэнергии в пределах отраслевых норм.
  3. Получения напряжения бытового номинала 220 вольт.

Обеспечение безопасности людей

В нашей стране все электрические сети напряжением 0,4 кВ делаются четырехпроводными и с глухозаземленной нейтралью, причем дублирование соединения нейтрального проводника (он тянется от общей точки соединения трех обмоток трансформатора силовой подстанции) с физической землей, осуществляется на каждой третьей опоре. Это делается с той целью, чтобы сопротивление заземления всегда было не более единиц Ом.

При надежном соединении нейтрали с землей случайное прикосновение к одной фазе не приведет к поражению электрическим током человека, если на нем обувь с подошвой, имеющей диэлектрические свойства. По той причине, что общее сопротивление линии рука – нога равно не менее 1 кОм, а это в десятки раз больше, чем у проводника, соединяющегося с заземлителем. Ток через человека просто не пойдет.

Если нейтральный проводник заземлен, то однофазное замыкание на физическую землю сопровождается лавинообразным ростом силы тока, что сопровождается возникновением электрической дуги и выделением большого количества тепла, в результате чего аварийный проводник плавится и его контакт с землей прекращается.

Чтобы ускорить процесс отключения, в линии устанавливаются автоматические электромагнитные выключатели, которые обесточивают ее при возникновении сверхтоков (КЗ). Это снижает время действия электрического тока на людей или электроустановки. Что дает шанс на то, что первые останутся живы и относительно невредимы, а вторые – работоспособными.

Поддержание качества подаваемой электроэнергии

В общем для трех обмоток трансформатора проводнике сила тока равна нулю и нет напряжения электрического поля. Это является результатом сложения трех векторов сил тока, угол (фазный сдвиг) между которыми равен 1200. Но так происходит только в том случае, если все три фазы симметричны друг другу по электрическим параметрам. В реальности они могут отличаться, что приведет к тому, что в нейтрали возникнет ток, а потребителю будет подано, например, не 380, а 320 или 450 вольт. Заземление нейтрали в трехфазной сети принудительно выравнивает фазы, благодаря тому, что паразитный ток стекает на землю.

Это особенно актуально в том случае, если электроэнергия подается для питания однофазных потребителей. Оно осуществляется прокладыванием трехфазной линии с общей нейтралью (четыре провода) и подключением групп потребителей к разным фазам. Поскольку уровень энергопотребления в квартирах существенно отличается – в одной, например, включен только телевизор, а в другой еще и стиральная машина, перекос фаз может достигать критического уровня.

Если соединение с заземлителем недостаточно надежно и имеет большое сопротивление, нейтральный провод, который обычно делают меньшего сечения, чем фазный, может отгореть. Это приводит к тому, что у кого-то напряжение на вводах будет почти 380 вольт, а у других около 110. Оба режима опасны для бытовых приборов и могут привести к электротравме людей или животных.

Бытовой номинал напряжения

Бытовое напряжение 220 вольт снимается между фазной линией и нейтралью, от линейного (между фазами) оно отличается в 1,7 раза. Для обеспечения стабильности его значения нейтраль заземляется.

Схемы подключения заземленной нейтрали

Существует несколько схем глухозаземленной нейтрали.

  • TN-C. Самая простая и наиболее распространенная в сельской местности схема. Четырехпроводная воздушная линия – три фазных и одна нейтраль, которая заземляется сначала у трансформатора, а потом на промежуточных столбах. Используется для питания одно- и трехфазных потребителей.
  • ТТ. Улучшенный вариант глухозаземленной нейтрали TN-C. Отличается от нее независимым заземляющим контуром, устраиваемым в здании или рядом с ним. К нему присоединяются корпуса бытовых электроприборов. Используется при подключении вновь построенных частных домов к четырехпроводным воздушным линиям электроснабжения.
  • TN-S. Применяется при прокладке подземных электролиний в пределах жилых кондоминиумов. Пять жил. Три токоведущих, одна нейтраль «звезды» (технологический 0) и защитный заземляющий проводник PE. Последние две соединены с заземлителем силовой подстанции. Применяется для подачи электричества группам однофазных потребителей.
  • TN-C-S. Используется при индивидуальном питании однофазных потребителей от подъездного распределительного щитка. Три линии – фазная, технологический ноль N и защитный проводник PE. Место подключения провода PE – к нейтрали подстанции или к независимому заземляющему контуру – не имеет значения.

Подробнее с системами заземления можно ознакомиться здесь.

Заземление и зануление

Из-за того, что технологическая нейтраль обмоток трансформатора заземляется, существует путаница в применение проводников N и PE.

Правила устройства электроустановок четко определяют, что технологическую нейтраль – провод N – можно подключать к корпусам электроприборов только в трехфазной сети. Именно в этом случае по нему не течет ток и потому он называется нулевым проводником, а способ его подключения занулением.

При питании однофазных потребителей по проводу N течет ток. Поэтому его категорически нельзя подключать к корпусу электроприбора. Во-первых, это опасно из-за возможности поражения людей электрическим током. Во-вторых, питание на потребителя не будет подано, поскольку между его схемой и корпусом нет электрической связи.

ВНИМАНИЕ! Корпус однофазного бытового электроприбора можно только заземлять, подключая к проводнику PE!

Аналогичной ошибкой является подключение к клемме N АВДТ или УЗО защитного проводника PE. Если PE подключен к входу и выходу, то защита не будет срабатывать. А при разноименной коммутации, например, провод N на входе, а PE на выходе, будет, наоборот, происходить постоянное отключение.

Глухозаземленная нейтраль не является гарантированной защитой от поражения людей электрическим током. Она только снижает тяжесть последствий. Поэтому соблюдение правил электробезопасности в любом случае обязательно.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о