Что такое нейтраль в электроустановках
Виды нейтралей в электрических сетях
Электрические сети, как известно, делятся в зависимости от класса напряжения – до и выше 1000В. Нейтраль – это общая точка обмоток у трансформаторов и генераторов, соединенных в звезду. Если же схема обмоток треугольник и необходим ноль, то можно вспомнить про схему «скользящий треугольник». Будем рассматривать только сети переменного тока.
Виды заземления нейтрали в сетях до 1кВ
В электрических сетях напряжением до 1000В принято использовать три системы заземления нейтрали – это TN, IT, TT. Каждая из букв несет определенный смысл, разберемся:
Рассмотрим теперь каждую систему более подробно.
Система заземления TN
В этой системе нейтраль глухозаземлена, а открытые проводящие части заземлены через эту глухозаземленную нейтраль. Глухозаземленная – это значит что нейтраль присоединена непосредственно к заземляющему устройству (болтом, сваркой) или через малое сопротивление (трансформатор тока).
В сетях до 1кВ глузозаземленная нейтраль используется для питания однофазных и трехфазных нагрузок.
Система заземления TT
Система TT предполагает, что нейтраль источника питания глухозаземлена, а ОПЧ оборудования заземлены заземляющим устройством электрически несвязанным с нейтралью источника. То есть защитный PE-проводник создается у самого потребителя, а не идет от источника питания.
Система заземления IT
В системе IT нейтраль генератора или трансформатора изолирована или заземлена через устройства, имеющие высокое сопротивление, а ОПЧ заземлены независимо. Эта система не рекомендуется для жилых зданий, используется там, где при первом замыкании на землю не требуется перерыв питания. Это могут быть электроустановки с повышенными требованиями надежности снабжения электроэнергией.
Виды заземления нейтрали в электросетях выше 1кВ
В сетях напряжением выше 1000В используется изолированная (незаземленная) нейтраль, эффективно заземленная нейтраль и резонансно-заземленная нейтраль. Глухозаземленная нейтраль используется только в сетях до 1кВ.
Сети с незаземленной (изолированной) нейтралью
Исторически первая система заземления. Нейтральная точка источника питания не присоединена к заземляющему устройству. Обмотки соединены в треугольник и выходит, что нулевая точка отсутствует. Применяется на напряжение 3-35кВ.
Сети с эффективно-заземленной нейтралью
Этот вид заземления используется в сетях напряжением выше 110кВ. Достоинство заключается в том, что при однофазных замыканиях на неповрежденных фазах напряжение относительно земли будет равно 0,8 междуфазного в нормальном режиме работы. В этой системе сам контур заземления выполняется с учетом протекания больших токов КЗ, что делает его сложным и дорогим.
Сети с нейтралью, заземленной через резистор или реактор
Применяется в сетях 3-35кВ. Используется для уменьшения величины токов КЗ. Исторически был вторым способом заземления нейтрали. Заземление через резистор используется во всем мире, через реактор – в странах бывшего союза.
Заземление через реактор – при отсутствии замыкания ток через реактор мал. Когда происходит замыкание фазы на землю, то через место повреждения течет емкостной ток КЗ и индуктивный ток реактора. Если их величина равна, то в месте замыкания отсутствует ток (явление резонанса).
Заземление через резистор бывает низкоомным и высокоомным. Разница в величине тока, создаваемым резистором при замыкании на землю. Высокоомное применяется в сетях с малыми емкостными токами, в этом случае замыкание можно не отключать немедленно. Низкоомное заземление наоборот используется при больших емкостных токах.
Выбор виды заземления нейтрали зависит от следующих факторов:
Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение
Режим нейтрали – это точка нулевой последовательности обмоток трансформатора или генератора, которая подключается к заземлителю, специализированному оборудованию или изолированно от внешних зажимов. Ее правильный выбор определяет защитные механизмы сети, вносит существенные особенности в работоспособность. Какие разновидности встречаются и преимущества у каждого варианта, читайте далее в статье.
Общее представление
Вам будет интересно: Светодиодные занавесы: обзор, производители, виды и отзывы
Режимы нейтрали электроустановок выбираются из общепринятой, устоявшейся мировой практики. Некоторые изменения и корректировки вносятся из особенностей государственных энергосистем, что связывается с финансовыми возможностями объединений, протяженностью сети и другими параметрами.
От чего зависит выбор нулевой точки соединения?
Вам будет интересно: Стиральная машина Schaub Lorenz: отзывы, обзор моделей, производитель, преимущества и недостатки
Выбор режима нейтрали зависит от ряда характеристик, среди которых можно выделить:
Рассмотрим далее каждую вариацию в отдельности и узнаем преимущества и недостатки. Заметим, что существует пять основных режимов.
Изолированная
Режим работы нейтрали, в которой нулевая точка отсутствует, именуется изолированным. На схемах ее изображают в виде треугольника, что говорит о наличии только трехфазного провода. Ее использование ограничено сетью 10-35 кВ, а выбор определяется рядом преимуществ:
Главным недостатком такого варианта является безопасность. При падении провода сеть не отключается, последний остается под напряжением. При приближении на расстояние ближе восьми метров можно попасть под шаговое напряжение.
Эффективно заземленная
Режимы работы нейтралей в электроустановках выше 110 кВ реализованы представленным способом, что обеспечивает требуемые условия защиты сети и безопасности. Нулевая точка трансформатора заземляется на контур или через специальное устройство под названием «ЗОН-110 кВ». Последнее влияет на чувствительность срабатывания защит.
При падении провода создается потенциал между заземлителем и точкой обрыва. Из-за этого срабатывает релейная защита. Отключение производится с минимальной выдержкой времени, после чего включается вновь. Это связывается с тем фактом, что на работоспособность могла повлиять ветка дерева или птица. Повторное включение (АПВ) позволяет выявить реальность повреждения. К преимуществам необходимо отнести следующие моменты:
Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.
Заземленная через ДГК (ДГР)
Режим нейтралей называется резонансно-заземленным, когда его точка проходит через дугогасящую катушку или реактор. Подобная система в основном применима для кабельных распределительных сетей. Она позволяет компенсировать индуктивность и уберечь систему от более масштабных и сложных повреждений.
При появлении однофазного замыкания на землю начинает работать катушка или реактор, которая компенсирует силу тока, снижая его в месте пробоя. Необходимо отметить, что разница между ДГК и ДГР связывается с наличием автоматической подстройки при изменении индуктивности в сети.
Основным преимуществом является компенсация энергии, которая не дает повреждению кабельной линии перерастать из однофазных в межфазное. Что касается недостатков, это появление прочих повреждений в слабых местах изоляции кабельных линий.
Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор
Режим нейтрали, при котором заземление точки нулевой последовательности выполняется через выокоомоный или низкоомный резистор, также считается резонансно-заземленным и используется в сетях 10-35 кВ. Особенности представленной системы связываются с отключением сети без выдержки времени.
Это удобно в плане защиты сети, но негативно влияет на отпуск электрической энергии. Подобная система не подходит для работы ответственных потребителей, хотя является отличным вариантом для кабельных линий. Использование на ВЛ электропередачи непригодно, так как появление земли в сети ведет к отключению фидера.
Еще одним нюансом относительно заземленной нейтрали через резистор является появление больших токов при замыкании на самом резисторе. Имелись случаи, которые приводили к возгоранию подстанции из-за этого момента.
Глухозаземленная
Режим работы нейтрали трансформатора для потребительской сети именуется глухозаземленным. Особенности следующие. Представленная вариация предполагает заземление нулевой точки на контур подстанции, относительно чего работают защиты. Такая система используется в распределительных сетях, где осуществляется непосредственное потребление электроэнергии.
Выход 0,4 кВ имеет четыре провода: три фазных и один нулевой. При однофазном замыкании создается потенциал относительно заземленной точки. Это отключает автомат или становится причиной перегорания предохранителей. Следует отметить, что срабатывание защит во многом определяется правильностью выбора плавких вставок или номинал автомата.
Заключение
Режим нейтрали – это способ заземления нулевой точки трансформатора или генератора. Выбор того или иного варианта зависит от ряда критериев, главным из которых считается общепринятая практика. Определить нейтраль можно по схемам, где достаточно рассмотреть обмотки трансформатора. Это следует учитывать и во время курсовых проектов, когда необходимо изобразить схему подстанций.
Каждый вариант обладает рядом преимуществ и недостатков. Исходя из использования той или иной нейтрали определяются условия работы и защиты. Идеальным для высоковольтной сети считается эффективно заземленная, для распределительной – резонансное заземление. Для потребительского применяется глухозаземленная. Рекомендуем рассмотреть основные виды защит, которые применяются в современной электроэнергетике.
Классификация нейтралей в сетях и электроустановках
Нейтралью называют соединение трансформаторных или генераторных обмоток в одной точке, при соединении трехфазной электрической сети переменного тока звездой. Если концы обмоток соединены треугольником, применяют схему «скользящего треугольника».
Через этот проводник протекает ток, в случае аварийной ситуации или при технологическом перекосе фазных значений, важно понимать, какой режим выбран для нейтрали.
Виды нейтралей в сетях
В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:
Сети напряжением менее 1 000 В по способу выполнения нейтрали в свою очередь подразделяют на системы TN, IT, TT, первые буквы в обозначениях которых говорят о следующем:
Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:
TN делят еще на три подгруппы с дополнительным обозначением С, S и С-S. В данном случае С и S соответственно указывают на возможность совмещения в одном заземляющем проводнике защитных и рабочих функций (комбинированный и раздельный).
Сети до 1 кВ
Далее представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.
Выполняют с глухозаземленной нейтралью, с заземлением через нее открытых проводящих частей. Заземляющий проводник непосредственно соединяют с заземлительным контуром электросваркой или болтовым контактом. Возможно подключение через незначительный резистор (токовый трансформатор).
В указанных сетях назначение глухозаземленной нейтрали предполагает питание потребителей с однофазными и трехфазными характеристиками.
В данном случае также устраивают глухозаземленную нейтраль, а для заземления открытых проводников подключенной установки используют отдельное устройство, отделенное от нейтрального провода. Т. е. вывод защитного заземления производят не от энергоисточника, а от потребляющего агрегата.
Для системы IT трансформаторные и генераторные нейтральные проводники изолированы и заземлены, с применением устройства с высоким сопротивлением, при независимом заземлении открытой части. Такой способ применяют на электросетях для подключения промышленных комплексов, где перерыв энергоснабжения не допускается.
Сети более 1 кВ
На высоковольтных сетях применяются другие способы подключения нейтрали.
Изолированная нейтраль
Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.
Эффективно-заземленная нейтраль
Используют для сетей, при значении напряжения более 110 кВ. При возникновении однофазного замыкания, на фазах, сохранивших целостность, величина напряжения удерживается на уровне 0,8 по отношению к междуфазному при нормальной работе сети. Требует выполнения сложного и дорогого заземлительного контура, поскольку система рассчитана на большие токи короткого замыкания.
Заземление посредством резистора или реактора
Применяют в сетях от 6 до 35 кВ, чтобы снизить значение тока при КЗ. При использовании реактора, в момент, когда задействован заземлитель, через него протекает КЗ емкостного происхождения и индуктивного (от данного устройства). При равной величине этих токов, происходит резонанс, с нулевой нагрузкой в сети.
При использовании резистора, возможна организация низкоомного и высокоомного заземления, в зависимости от величины тока, инициируемого сопротивлением при пробое на землю. При малых емкостных токах в сети, заземление отличается высокоомными характеристиками, что позволяет задержку отключения подачи энергии.
При большом емкостном токе, предусмотрено использование низкоомного заземления.
Виды нейтралей в электроустановках
Использование нейтрали в электроустановках – способ сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность обслуживающего персонала при авариях. Предусмотрено применение следующих заземлительных систем:
Далее – детальнее о каждом из перечисленных способов.
Изолированный заземлитель
В данном случае нейтраль отсутствует. Проводники соединяют треугольником, при отсутствии нулевого вывода. Если возникают однофазные пробои на землю, изменения энергопотребления рабочими фазами не происходит. Используют для установок с характеристиками напряжения от 6 до 35 кВ.
Резонансно-заземленная система
Нулевой провод подключают посредством трансформаторной или генераторной обмотки, с дугогасящими катушками(катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью. Используемое оборудование снижает ток, предотвращая масштабные повреждения установки.
Глухозаземленная сеть
Наиболее распространенный способ, используемый для установок бытового назначения. Низковольтные контакты трансформаторных обмоток соединяют разомкнутой звездой, при заземлении нулевого провода посредством контура трансформатора или подстанции. При возникновении пробоя, создаваемый потенциал с землей включает защиту, выключающую устройство.
Эффективно-заземленная сеть
Применяют для сетей с напряжением более 110 кВ. Нейтраль выводят на землю через заземлитель одноколонкового типа (ЗОН). Это оборудование снижает значение токов, возникающих при пробое.
Использование нейтрали – один из способов, чтобы сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность персонала. Выбор оптимальной методики зависит от множества факторов и влияет на эффективность данной защиты в конкретной ситуации.
Нейтраль: что это такое, определение, примеры
В этой статье мы рассмотрим, что такое нейтраль, что она из себя представляет и какое электрооборудование её имеет. Также мы рассмотрим, почему термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение и их следует исключить из нормативной документации.
Что такое нейтраль?
Согласно определения из ГОСТ 30331.1-2013 [1]:
Нейтраль (neutral) — это общая часть многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазной системы переменного тока, находящаяся под напряжением.
Какое электрооборудование имеет нейтрали?
Чтобы ответить на данный вопрос обратимся к книге [2] Ю.В. Харечко, который пишет:
« Некоторые виды электрооборудования переменного тока имеют нейтрали, например: трехфазные трансформаторы, генераторы и электродвигатели, обмотки которых соединены звездой, трехфазные электронагреватели, нагревательные элементы которых также соединены звездой. В составе трехфазной электрической системы могут быть десятки, сотни и тысячи электротехнических изделий, имеющих нейтрали. »
Что представляет собой нейтраль?
Ю.В. Харечко в своей книге [2] вполне однозначно описал нейтраль:
« Нейтраль представляет собой общую токоведущую часть многофазного источника питания переменного тока. Нейтралью, например, является общий вывод обмоток трёхфазного электрогенератора или трансформатора, соединённых в звезду. У однофазного источника питания нейтралью является средняя токоведущая часть, например, средний вывод обмотки однофазного трансформатора или электрогенератора. Указанная токоведущая часть может быть заземлена или изолирована от земли. В нормативной документации (особенно в ПУЭ) ее соответственно называют глухозаземленной или изолированной нейтралью. »
Найти нейтраль вы можете на рисунке 1 ниже (в качестве примера).
Рис. 1. Система TT трехфазная четырехпроводная (показана нейтраль) (на основе рисунка 31F1 ГОСТ 30331.1-2013)
Термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» корректны, если их правильно употребляют.
Если обратиться к книгам Ю.В. Харечко [2] и [3], то можно в них найти анализ действовавшей ранее и действующей в настоящее время нормативной документации в которой некорректно трактуются и употребляются данные термины. В частности Ю.В. Харечко вполне справедливо делает заключение:
« В нормативных требованиях термин «изолированная нейтраль» иногда используют недостаточно корректно. При соединении обмоток трехфазного электрогенератора или трансформатора треугольником у источника питания нет нейтрали. Токоведущие части однофазного источника питания, имеющего одну обмотку, например выводы однофазного электрогенератора, также не являются нейтралью. Поэтому в низковольтных электрических системах переменного тока с так называемой «изолированной нейтралью» нейтрали, как таковой, может и не быть вовсе. В указанных случаях более правильно говорить об изолированных от земли токоведущих частях источника питания. »
« Поэтому термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограниченное применение. Их можно исключить из нормативных требований к низковольтным электроустановкам. Низковольтные электрические системы правильнее классифицировать по типам заземления системы. В противном случае требования нормативных документов больше напоминают собой нагромождение понятий, повторяющих друг друга. »
Виды нейтралей электроустановок
Нейтраль – та часть электроустановки, которая имеет нулевой потенциал относительно физической земли или ее токопроводящих элементов. Трехфазные цепи могут иметь как технологическую, имеющую физическое соединение с токопроводящими частями, так и конструктивную, отдельную от них нейтраль. Это зависит от способа соединения выходных обмоток силовых трансформаторов.
В первом случае – звездой, во втором – треугольником. Поскольку в этом проводнике течет ток, что происходит в результате или аварии, или технологического перекоса фаз, выражение «режим работы нейтрали» имеет полное право на существование. О том, каким он может быть, и о способах подключения нейтральных проводников пойдет речь в этой статье.
Режимы заземления нейтрали
В экзаменационных билетах по электробезопасности для монтеров, работающих с установками напряжением до 1000 вольт, есть вопрос: «С какой нейтралью должны работать электрические сети напряжением 10 кВ?» Правильный ответ: «С изолированной». Однако существуют и другие режимы работы нейтралей в электроустановках:
От их выбора зависит множество факторов:
Различные типы электрических сетей по-разному подключаются к нейтрали и реагируют на аварийные ситуации.
Высоковольтные магистральные электросети
К ним относятся все электросети, линейное (между фазными проводниками) напряжение в которых превышает 35 кВ. Выходные (статорные) обмотки промышленных электрогенераторов соединяют треугольником. Это связано с меньшим уровнем электрических потерь и отсутствием технологического перекоса фаз, что напрямую влияет на качество подаваемой потребителям электрической энергии.
При однофазном пробое на физическую землю – в случае обрыва провода или изменения диэлектрических свойств изоляторов на опорах, происходит падение линейного напряжения до нуля в аварийной фазе и рост в 1,7 раза в работоспособных.
Чтобы избежать электрического пробоя изоляторов рабочих фаз и не увеличивать их без того немалые размеры, в этом случае применяется способ подключения, называемый «эффективной нейтралью». Он заключается в том, что на промежуточных силовых подстанциях выходные обмотки трансформаторов, использующиеся для обеспечения их внутренних нужд (например, обогрева, сигнализации), включаются по схеме «звезда», общий провод которой наглухо соединяется с физической землей.
В результате напряжение в неповрежденных фазах растет не более, чем в 1,4 раза, а ток короткого замыкания ограничивается на уровне, который недостаточен для срабатывания реле защиты. Это позволяет не прерывать электроснабжение на время большее, чем то, что определено нормативами правил эксплуатации электроустановок для различных типов потребителей.
Магистральные электросети среднего напряжения
Электрическая сеть, линейное напряжение в которой от 6 до 35 кВ. Обмотки силовых трансформаторов соединяются звездой. Нейтраль изолированная, она не имеет физического контакта с землей. Это делается по трем причинам:
В результате при аварии линейное напряжение растет в 1,7 раза, что для промежуточных силовых трансформаторов на линии не является критическим режимом. Электроснабжение продолжается по двум оставшимся линиям. Опасность представляет только оборванный провод в радиусе 10–30 метров – создается зона, где возможно возникновение так называемого шагового напряжения.
Однако при малом сопротивлении физической земли (в результате дождей, при прокладке электролинии по болотам) ток в поврежденном проводнике может достигнуть значения, достаточного для возникновения электрической дуги. В этом случае применяется так называемая компенсированная нейтраль.
Сущность компенсированной нейтрали заключается в том, что общий для всех обмоток провод все же имеет контакт с землей, но через сопротивление. Оно может иметь индуктивный или активный характер. В первом случае устройство называют дугогасящим реактором.
Ток, через него текущий, находится в противофазе с тем, который идет на физическую землю через поврежденный проводник. Они компенсируют друг друга, поэтому электрическая дуга не зажигается. Заземление нейтрали через резистор в нашей стране практически не применяется. А если и используется, то в качестве элемента, помогающего определить место повреждения – при его включении параллельно дугогасящему реактору происходит срабатывание релейной защиты на аварийном участке.
В нашей стране количество линий с компенсированной нейтралью равно 20% от числа всех электрических магистралей. А ее полную изоляцию используют еще только в Финляндии. Большинство европейских стран применяет подключение нейтрали через активное сопротивление большой величины.
Изолированная нейтраль также применяется в трехфазных сетях напряжением 0,4 кВ, которые прокладываются в шахтах, рудниках и на торфяных выработках. Везде, где пропуск электрического тока по физической земле может привести к поражению людей. А также в передвижных электроустановках при невозможности создания надежного контакта с заземлителем.
Низковольтные электрические сети
Все трехфазные электрические линии напряжением 0,4 кВ, от которых питаются конечные потребители, исполняются четырехпроводными. Это так называемые сети с глухозаземленной нейтралью. Выходные обмотки силовых линейных трансформаторов соединяются звездой, а их общий проводник – с физической землей. Делается это исходя из двух соображений:
Если вы увидели на линии высокого напряжения оборванный провод, не подходите к нему близко, наверняка он находится под напряжением, поскольку в режиме изолированной нейтрали мгновенного отключения не происходит. И не относитесь к нейтральному проводнику четырехпроводной бытовой линии 0,4 кВ как к абсолютно безопасной железке. В случае неисправности или аварии по нему течет смертельно опасный ток.