Режимы работы нейтралей трансформаторов системы электроснабжения
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, определяющих уровень изоляции электротехнических устройств,
- необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
- возможностью применения простейших схем электрических сетей.
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 .
Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.
Нейтраль сети — это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.
Используются следующие режимы нейтрали:
эффективно заземленная нейтраль.
Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.
Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.
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 .
Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью .
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 .
Электрическая сеть, напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (коэффициент замыкания на землю – 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 ) называется сеть с эффективнозаземлённой 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 |
Системы с глухозаземленной нейтралью — это системы с большим током короткого замыкания на землю. При коротком замыкании место замыкания отключается автоматически. В системах 0,23 кВ и 0,4 кВ это отключение диктуется требованиями техники безопасности. Одновременно заземляются все корпуса оборудования.
Системы 110 и 220 кВ и выше выполняются с эффективно заземленной нейтралью . При коротком замыкании место замыкания также отключается автоматически. Здесь заземление нейтрали приводит к снижению расчетного напряжения изоляции. Оно равно фазному напряжению неповрежденных фаз относительно земли. Для ограничения величины токов короткого замыкания на землю заземляются не все нейтрали трансформаторов (эффективное заземление).
Режимы нейтрали трехфазных систем: а — заземленная нейтраль, б — изолированная нейтраль
Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.
Система с изолированной нейтралью применяется для повышения надежности электроснабжения. Характеризуется тем, что при замыкании одной фазы на землю возрастает напряжение фазных проводов относительно земли до линейного напряжения, и симметрия напряжений нарушается. Между линией и нейтралью протекает емкостной ток. Если он меньше 5А, то допускается продолжение работы до 2 ч для турбогенераторов мощностью до 150 МВт и для гидрогенераторов — до 50 МВт. Если установлено, что замыкание произошло не в обмотке генератора, а в сети, то допускается работа в течение 6 ч.
Сети от 1 до 10 кВ — это сети генераторного напряжения электрических станций и местные распределительные сети. При замыкании на землю одной фазы в такой системе напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает до величины линейного напряжения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на это напряжение.
Основное преимущество режима изолированной нейтрали — способность подавать энергию электроприемникам и потребителям при однофазном замыкании на землю.
Недостатком этого режима являются трудности о обнаружении места замыкания на землю.
Повышенная надежность режима (т.е. возможность нормальной работы при однофазных замыканиях на землю, которые составляют значительную часть повреждений электрооборудования) изолированной нейтрали обуславливает обязательное его применение при напряжении выше 1 кВ до 35 кВ включительно, поскольку эти сети питают большие группы электроприемников и потребителей.
С напряжения 110 кВ и выше применение режима изолированной нейтрали становится экономически невыгодным, так как повышение напряжения относительно земли с фазного до линейного требует существенного усиления фазной изоляции. Применение режима изолированной нейтрали до 1 кВ допускается и оправданно при повышенных требованиях к электробезопасности.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Источник
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:
- Для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электроустановки, и их самих.
- Для поддержания качества подаваемой электроэнергии в пределах отраслевых норм.
- 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 120 0 . 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.
Источник
