Что будет если не заземлить нейтраль трансформатора

Зачем и как делают заземление трансформаторов

От производителей электроэнергии передается ток высокого напряжения. Чтобы им могли пользоваться потребители на бытовом уровне, применяют понижающие трансформаторы. Согласно ПУЭ для них необходимо применять защитное заземление. Предусмотрен внешний и внутренний контур заземления. Устанавливают также защиту от ударов молнии.

Принципы устройства

Трансформатор преобразует (трансформирует) параметры переменного электрического тока. Происходит это благодаря явлению электромагнитной индукции. Основные детали прибора – катушки (обмотки) с проводами и ферромагнитный сердечник.

На одну катушку ток поступает, и она называется первичной. Вторичных катушек может быть 1, 2 и больше. С них снимается ток с уже измененными характеристиками.

У повышающего трансформатора число витков на вторичной обмотке больше, чем на первичной. В прямой связи увеличивается индуцированное напряжение с одновременным понижением силы тока.

Устройство понижающих трансформаторов другое. Они сделаны с точностью наоборот. Число витков в первичной обмотке у них больше, чем на вторичной обмотке, поэтому индуцированное напряжение снижается.

На большие расстояния выгоднее передавать электричество высокого напряжения и низкой силы тока, поскольку потери энергии на выделения тепла наименьшие.

Так и поступают. А трансформаторы впоследствии преобразуют ток до необходимых параметров.

Способ соединения обмоток трансформатора может быть выбран «треугольник», «звезда» или «зигзаг». В случае «треугольника» обмотки соединены последовательно, образуя замкнутый контур. Способ «звезда» предполагает соединение концов фазных обмоток в одну точку. Ее называют нулевой (нейтральной) точкой.

В случае «зигзага» каждая фазная обмотка состоит из 2-х частей на разных стержнях. Соединение 2-х частей происходит навстречу друг другу. Образовавшиеся три вывода соединяют, как «звезду».

Для трансформаторов высокого напряжения применяют соединение «звезда». Заземляется нулевая точка или конец вторичной обмотки. При объединении в «звезду» заземляют фазный провод.

Применение

Для преобразования тока, который передается по электрическим сетям, применяют силовые трансформаторы. Такие устройства способны работать с большими мощностями. Они преобразуют напряжение на линиях с 35…750 кВ в напряжение 6 и 10 кВ и далее в 400 В. После этого электроэнергией могут пользоваться потребители на бытовом уровне.

Трансформаторы тока используют, чтобы снижать ток до требуемой величины. Их применяют в схемах бесконтактного управления, чтобы обезопасить людей и технику от поражения током.

Трансформаторы тока применяют также в измерительных и защитных устройствах, схемах сигнализации и в других приборах.

Особенность трансформатора тока в том, что его вторичная обмотка работает в режиме, близком к короткому замыканию. Если по какой-то причине происходит разрыв цепи на вторичной обмотке, то напряжение на ней повышается до значительных величин.

Скачек напряжения может вызвать поломку оборудования, включенного в сеть. Поэтому должно присутствовать защитное заземление.

Существуют также трансформаторы напряжения, импульсные трансформаторы, автотрансформаторы, сварочные и другие. Для каждого из них существуют своя схема и особенности подключения заземления. Чтобы правильно его выполнить, необходимо изучить техническую документацию к оборудованию.

Зачем заземлять

Заземление нейтрали трансформатора необходимо для создания стабильной работы электроустановки и безопасности людей, которые могут находиться на подстанции.

Рабочее заземление на трансформаторе является частью защитного. Это значит, что заземление, предназначенное для стабильной работы устройства, также защищает от поражения током.

Правила устройства электроустановок требуют, чтобы все силовые трансформаторы были заземлены.

В трансформаторах напряжения заземляется только трансформатор. Согласно правилам устройства электроустановок у трансформатора напряжения заземление вторичной обмотки происходит путем соединения общей точки или одного из концов обмотки с заземляющим проводником.

В трансформаторах тока заземляются вторичные обмотки. Для подключения проводников предусмотрены специальные зажимы. Обмотки нескольких установок можно соединять одним проводником и подключать к одной шине.

В электротехнике выделяют понятие сети с эффективно заземленной нейтралью. Оно применимо для силового трансформатора, у которого заземлено большинство нейтралей обмоток (глухое заземление нейтрали).

Если произойдет однофазное замыкание, то напряжение на поврежденных фазах не должно быть выше 1,4 напряжения на рабочих фазах в нормальных условиях.

Дугогасящие реакторы

В сетях, рассчитанных на 110 кВ и выше, предусмотрена защита с глухозаземленной нейтралью. Если сеть рассчитана на 35 кВ и ниже, то применяется заземление с изолированной нейтралью.

Преимущество изолированной нейтрали в том, что если произойдет замыкание фазы на земли, то это не приведет к короткому замыканию.

На трансформаторах с системой изолированной нейтрали устанавливают дугогасящие реакторы. Они компенсируют емкостные токи, возникающие при замыкании на землю.

Дело в том, что вдоль линии электропередачи накапливается электрический заряд (емкостное электричество). И как только происходит разрыв или иное повреждение изоляции, при контакте с землей возникает ток.

Если он достигает 30 А, образуется разрядная дуга. В результате кабель нагревается, начинает разрушаться изоляция и вместе с ней проводник.

Такое явление приводит к двухфазному и трехфазному замыканию. Срабатывает защита, и трансформатор полностью отключается. Обесточенными остаются сотни и тысячи потребителей электроэнергии.

Чтобы этого не произошло, устанавливают дугогасящие реакторы. Нейтраль заземляют через них. Во время однофазного замыкания на землю возрастает индуктивность дугогасящего реактора. Индуктивная проводимость компенсирует емкостную, и электрическая дуга не возникает.

Через дугогасящие реакторы заземляют нейтраль первичной обмотки одного из трансформаторов сети, в которой соединение обмоток происходит по типу «звезда-треугольник».

Если произошло замыкание на землю, то благодаря такой системе заземления, трансформатор сможет работать на протяжении еще 2-х часов, пока неполадки не будут устранены.

Создание внешнего контура

Чтобы сделать внешний контур заземления трансформатора, применяют вертикальные электроды, соединенные горизонтальными перемычками. Перемычки выполняют из листовой стали толщиной 4 мм и шириной 40 мм. Электроды втыкают в грунт по периметру трансформатора.

Проверяют удельное сопротивление грунта. Оно должно составлять максимум 100 Ом*м. Исходя из этого, требуется создать контур сопротивлением максимум 4 Ом.

Если взять круг диаметром 16 м, с условным трансформатором посередине, то для создания заземляющего контура потребуется минимум восемь электродов длиной по 5 м каждый.

Их размещают на расстоянии приблизительно 1 м от фундамента трансформаторной станции. Чем ближе стержни будут располагаться к стене, тем лучше. Горизонтальные полоски-соединения укладывают на ребро на глубину 0,5-0,7 м.

Такое требование к расположению связано с вопросами безопасности. Заземлитель не должен быть поврежден при проведении каких-либо ремонтных и строительных работ.

Защита от молний

Чтобы выполнить молниезащиты трансформаторной подстанции с металлической крышей, необходимо соединить крышу с внешним контуром заземления.

Соединение происходит в двух противоположных точках. То есть в одной точке кровля соединяется с внешним контуром, и со стороны, расположенной напротив, также происходит соединение кровли с контуром. Соединительным проводником становится проволока толщиной 8 мм.

Если кровля не металлическая, то на ней наверху создают специальный молниеприемник.

Создание внутреннего контура

Трансформаторная подстанция разделена на 3 помещения. Отдельно делают помещения для высокого и низкого напряжения – это помещения распределительных устройств (для входа и выхода). И отдельно предусмотрена трансформаторная камера, непосредственно для трансформатора.

В каждом отделении должна быть проложена заземляющая полоса. Ее прикрепляют к стенам на высоте 0,4…0,6 м, чтобы заземлить все части из металла, не предназначенные для проведения тока. Для крепления применяют дюбеля или специальные держатели круглых и плоских заземляющих проводников.

К заземляющей полосе подключают швеллер, предназначенный для установки трансформатора. Он размещен в стяжке пола. Подсоединяют и другие детали (шинный мост, металлические элементы барьера, крепежные детали, место присоединения переносного заземления). К системе заземления подключают все опорные конструкции из металла и стальные каркасы.

Для разборных соединений применяют болты, в остальных случаях элементы сваривают между собой. Для закрепления переносного заземления используют гайку с ушками «барашек».

Перемычки делают из гибкого медного провода ПВ3. Однако изоляционную оболочку с такого провода надо снять, чтобы можно было следить за целостностью жил.

Заделку в стены осуществляют посредством вставки гильз и заполнением свободного пространства негорючим материалом. Полосу окрашивают в желтый цвет с зелеными полосами. Такую окраску имеет защитный нулевой провод.

Нулевую шину подключают к заземляющему контуру. Корпус трансформатора соединяют с контуром перемычками.

При осмотре трансформатора на вход ставят оградительный барьер и навешивают табличку «Осторожно! Высокое напряжение!».

Источник

Нейтраль трансформатора

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

• требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
• допустимыми токами замыкания на землю,
• перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле,
• пределяющих уровень изоляции электротехнических устройств,
• необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
• возможностью применения простейших схем электрических сетей.

Используются следующие режимы нейтрали:

• глухозаземленная нейтраль,
• изолированная нейтраль,
• эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок. при однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Изолированная нейтраль

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Компенсированная нейтраль

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),
• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),
• электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,
• электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Напряжение, кВ	Режим нейтрали	Примечание
0,23	Глухозаземленная нейтраль	Требования техники безопасности. Заземляются все корпуса электрооборудования
0,4
0,69	Изолированная нейтраль	Для повышения надежности электроснабжения
3,3
6
10
20
35
110	Эффективно заземленная нейтраль	Для снижения напряжения незамкнутых фаз относительно земли при замыкании одной фазы на землю и снижения расчетного напряжения изоляции
220
330
500
750
1150

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Назначение заземления нейтрали трансформатора для повышения чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю.

В нормальном режиме высокоомный резистор, и при необходимости дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Чтобы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ необходимо кратковременно увеличить ток через устройство защиты. Обоснование возможности кратковременного индуктивного заземления нейтрали специальным трансформатором заземления нейтрали. При возникновении на линии ОЗЗ трансформатор через 0,5 с кратковременно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазного короткого замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и создания условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение линии. Выключатель с заданной выдержкой времени отключается. Отключение линии предотвращает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неизбежные в сетях напряжением 6-10 кВ с высокой изношенностью кабелей и оборудования.

Такой режим отключения поврежденных кабельных линий несколько лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Однако, отключение линий возможно только при наличии надежного резервирования и в случаях, оговоренных правилами устройств электроустановок.

Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ или МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. рисунок 1), подключенным к нейтрали ТЗН. В нормальном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (или) реле тока КА1, или устройство определения поврежденной фазы (см. рисунок 1).

После замыкания контактов срабатывает реле времени КТ1, замыкающиеся контакты которого включают выключатель Q3. Выключатель Q3 шунтирует сопротивление Rн и ДГР.

Рис.1 — Поясняющая схема и схема автоматического заземления нейтрали

Замыкающиеся контакты реле КТ1 с выдержкой времени 0,3 с отключают выключатель Q3. При замыкании этих контактов срабатывает промежуточное реле KL1. Размыкающие контакты реле разрывают цепь КТ1. Возврат схемы осуществляется дежурным с помощью ключа SА. При этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь переходит в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и при необходимости через ДГР.

При увеличении тока через реле срабатывает защита от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени 0,2 с. Отключение выключателя выполняется с выдержкой времени 0,2 с. Сеть вновь переходит в режим с нейтралью, заземленной через резистор.

Видео: Виды заземления нейтрали

Источник