Режимы работы нейтралей в электроустановках
Нейтралями электроустановок называют общие точки обмотки генераторов или трансформаторов, соединенные в звезду.
Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения, токи при однофазных замыканиях на землю, условия работы релейной защиты и безопасности в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т.д.
В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:
- сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
- сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
- сети с эффективно-заземленными нейтралями;
- сети с глухозаземленными нейтралями.
В России к первой и второй группам относятся сети напряжением 3-35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов которых изолированы от земли или заземлены через заземляющие реакторы.
К четвертой группе относятся сети напряжением 220, 380 и 660 В.
Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями). Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замыкания на землю (это сети с эффективно-заземленными нейтралями).
Глухозаземленная нейтраль — принцип работы, преимущества и недостатки
Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями
В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емкостями, сосредоточенными в середине линий (рис.1). Междуфазные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.
Рис.1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью
а — нормальный режим;
б — режим замыкания фазы А на землю;
в — устройство для обнаружения замыканий на землю
Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью, как правило, не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.
т.е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежденных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток IС оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:
Согласно (1.3) ток IС зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли, которая зависит в основном от конструкции линий сети и их протяженности.
Приближенно ток Iс, А, можно определить по следующим формулам:
где U — междуфазное напряжение, кВ; l — длина электрически связанной сети данного напряжения, км.
В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз — больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.
При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.
Рис.2. Двойные замыкания на землю в сети с незаземленной нейтралью
В связи с изложенным в сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.
Так, на рис.1, в показан способ контроля изоляции в сети с незаземленной нейтралью. Устройства контроля подключаются к сети через измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ или через группу однофазных трансформаторов типа ЗНОМ.
Вторичные обмотки измерительных трансформаторов (рис.1,в) соединяются по схемам: одна (I) — звезда, вторая (II) — разомкнутый треугольник. Обмотка I позволяет измерять напряжения всех фаз, обмотка II предназначена для контроля геометрической суммы напряжений всех фаз.
Реле напряжения, подключаемое к обмотке II, будет при соответствующей настройке реагировать на повреждения изоляции первичной сети и приводить в действие сигнальные устройства (звонок, табло).
Персонал электроустановки может проконтролировать напряжение небаланса (вольтметром V2) и установить поврежденную фазу (вольтметром V1). Напряжение в поврежденной фазе будет наименьшим.
Особенности конструкции и принцип работы глухозаземленной нейтрали
Как известно, основную роль в обеспечении работы источников электрического тока играют такие понятия из физики, как закон взаимоиндукции и передача электрической энергии по сердечнику магнитного типа.
При этом важно понимать, что наличие нулевого проводника на первичной обмотке трансформатора не обязательно. А вот на вторичной обмотке наличие нулевого провода гарантирует недопустимость выхода тока наружу.
Таким образом, снижается вероятность получить поражение электричеством.
Основное отличие глухозаземленного типа нейтрали от ней подобных состоит в наличии двух видов напряжения: линейного и фазного.
Фазный тип напряжения создается в виде потенциала между линией или одним из ее элементов и точкой нуля, относящейся к заземленной. Линейный тип напряжения проще фазного. Он возникает как следствие разности потенциалов между двумя линиями.
В некоторой литературе оно имеет иное значение — межфазное. Для бытовых потребностей имеются стандартные значения данных видов напряжений. Так, для линейного это значение равно 380 Вольт, а вот фазное немного меньше – 220 Вольт. Как видим, линейное числовое значение больше фазного в 1,72.
Как видно из написанного выше, основная задача нейтрали глухозаземленного типа состоит в передаче электричества от источника к потребителю. Кроме этого, в функции модели входит обеспечение безопасности человека.
Так, в момент неисправности изоляционного слоя в местах пробоев возникает разница потенциалов в местах, не рассчитанных на такое явление. К таковым местам относятся.
- Внешние оболочки электроприборов бытового использования, материал которых способен стать проводником элестрического тока.
- Металлические элементы распределительных щитков.
- Поверхность проводников.
Таким образом, глухозаземленная нейтраль играет важную роль в сфер электропередачи. На бытовом уровне стоит убедиться в заземлении всех необходимых приборов.
Нейтраль трансформатора, назначение заземления нейтрали
- TN-С модель в своей основе имеет проводник стандарта PEN. То есть в ней соединены проводник с нулем и фазой. В системе такого типа имеет место такое понятие, как зануление. В современных офисах или квартирах такая модель не используется со времен СССР. Это объясняется ее небезопасность для потребителей. Так, при сбое в работе главного проводника на поверхности его возникает разница потенциалов, небезопасная для человека. TN-C можно встретить лишь на больших предприятиях.
Говоря о глухозаземленной нейтрали простыми словами
Сама по себе станция понижения напряжения, или же трансформаторная будка, оснащена системой кругового заземления. Все компоненты ее соединяются в один общий заземлитель. Кабель, идущий от преобразователя к домам, содержит четыре токопроводящие жилы.
В зависимости необходимого напряжения на выходе, делается выбор к каким проводникам подключаться. Так, при необходимости иметь в сети 380 Вольт, соединение идет со всеми жилами. В случае необходимости в 220 Вольт, достаточно подключить нулевой провод и одну фазу.
При отсутствии системы заземления, необходимо иметь в качестве защитного компонента прибор, который называется устройство защитного отключения. Такие устройства реагируют на утечки тока и обеспечивают своевременное прекращение подачи электричества.
