Что понимается под электрической сетью с изолированной нейтралью

Основные понятия электрических сетей: номинальные напряжения, режимы работы нейтрали

На отечественных электростанциях вырабатывается электроэнергия трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Постоянный ток получают в основном от преобразователей, поэтому энергия постоянного тока всегда дороже энергии переменного тока на величину стоимости преобразования.

Для достижения наилучших технических и экономических показателей работы и обеспечения потребителей электроэнергией электростанции объединяют в энергосистемы (районные, объединенные и др.)

Производство электроэнергии в зависимости от применяемых генераторов, передача и распределение в зависимости от величин передаваемых мощностей и расстояний, на которые они передаются, использование электроэнергии в зависимости от применяемых электроприемников осуществляются на различных номинальных напряжениях.

Под номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, электроприемников понимается напряжение, на которое они рассчитаны в нормальных длительных условиях работы, сопровождающихся наивысшими технико-экономическими показателями.

По признаку напряжения все электроустановки подразделяются на две группы: до 1 кВ и выше 1 кВ.

Для согласования работы всех электроустановок энергосистем, систем электроснабжения — от генераторов станций и до электроприемников — номинальные напряжения стандартизированы. Величины номинальных напряжений для электроустановок до 1 кВ приведены в табл. 1.1, в табл. 1.2 — для электроустановок выше 1 кВ. Для источников и преобразователей указаны междуфазные напряжения трехфазного тока.

ГОСТ 21128-83 для специальных целей предусматривает применение дополнительных номинальных напряжений, например, для электрических сетей и приемников тока: 24, 42, 127 В.

Шкала номинальных напряжений определяется уровнем развития народного хозяйства и с течением времени корректируется. Так, в последних ГОСТах введены напряжения 0,66 и 20 кВ, которые для питания крупных узлов нагрузок и электроприемников более экономичны, чем напряжения 0,38 и 10 кВ.

Передача больших мощностей на значительное расстояние обусловила необходимость использования высоких и сверхвысоких напряжений (500, 750, 1150 кВ).

На электростанциях электрическая энергия производится на напряжении (3,15); (6,3); 10,5; 21 кВ. Эти номинальные напряжения называются генераторными.

Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, питающих электрические сети, и номинальные напряжения генераторов на 5 10 % выше номинальных напряжений сети. Это предусмотрено с целью компенсировать потери напряжения в линиях и трансформаторах.

Важным при работе электрической сети является режим ее нейтрали, а также возможность иметь линейные (междуфазные) и фазные напряжения для электроприемников до 1 кВ.

Под нейтралью электрической сети понимается совокупность нейтральных точек обмоток трансформатора (нулевой потенциал обмоток, соединенных в звезду) и соединяющих их проводников. Нейтраль может быть изолирована от земли, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления, а также глухо заземленной.

Выбор режима работы нейтрали

Выбор режима работы нейтрали определяется надежностью и экономичностью работы электроустановок, безопасностью их обслуживания. Электроустановки напряжением до 1 кВ выполняются с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Глухое заземление нейтрали может выполняться на напряжении 220/ 127, 380/220, реже — 660/380 В. Нулевой провод в четырехпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприемников.

Трехфазные сети с заземленной нейтралью позволяют питать совместно трех- и однофазные нагрузки, например, трехфазные — на линейном напряжении 380 В, однофазные — на фазном напряжении 220 В.

: Установки с изолированной нейтралью применяются в условиях с повышенными требованиями к безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки), Электроустановки напряжением выше 1 кВ по виду режима нейтрали подразделяются на: электроустановки в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше используется эффективное заземление нейтрали.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой (или двух других) фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Электрические сети напряжением 6—35 кВ выполняются с изолированной или компенсированной, т.е. соединенной, например, через индуктивность (дугогасящую катушку), нейтралью.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю через место повреждения будут проходить емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз.

Включение в нейтраль активных или реактивных сопротивлений вызвано необходимостью ограничения емкостных токов на землю.

Так, эти токи не должны превышать в нормальных режимах: в сетях 3—20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях, и во всех сетях 35 кВ — 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: при напряжении 3—6 кВ — 30 А, при 10 кВ — 20 А, при 15—20 кВ — 15 А.

Особенности сетей с изолированной нейтралью

1. При неравномерной загрузке фаз трехпроводной электрической сети имеет место напряжение смещения нейтрали, при этом каждая из фаз будет находиться под напряжением, отличным от фазного. Особенно это важно учитывать для сетей напряжением до 1 кВ.
2. Замыкание одной фазы на землю считается не аварийным, а лишь анормальным режимом.

   При его возникновении сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Замыкание на землю практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режим работы электроприемников. Таким образом увеличивается надежность электроснабжения потребителей.

3. При замыкании на землю одной фазы напряжение двух других фаз относительно земли увеличивается в л/3 раз.

   В связи с этим изоляция всех фаз предусмотрена на линейное напряжение. При напряжении до 35 кВ это не вызывает существенного удорожания сети.

4. При больших токах однофазного замыкания дуга в месте короткого замыкания устойчиво и длительно горит, вызывая перенапряжения, опасные для изоляции неповрежденных фаз, и переход однофазного короткого замыкания в междуфазное.

При глухом заземлении нейтрали всякое замыкание одной фазы на землю является однофазным коротким замыканием и должно привести к срабатыванию защитных аппаратов, отключающих поврежденный участок от сети.

Системы электроснабжения сооружаются на нескольких напряжениях. Критерием оптимально принятой системы электроснабжения служит минимум приведенных затрат на ее сооружение и последующую эксплуатацию. Затраты на сооружение системы электроснабжения во многом определяются количеством трансформаций напряжения и используемыми номинальными напряжениями. Обычно в системах электроснабжения применяется 2— 3 трансформации напряжения.

Источник: https://pue8.ru/elektricheskie-seti/30-nominalnye-napryazheniya-i-rezhim-neytrali-seti.html

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»

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

Рис. 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-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 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 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.

Рис. 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 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-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-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-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.

Источник: https://www.asutpp.ru/gluhozazemlennaja-nejtral.html