Глухозаземлённая нейтраль и изолированная нейтраль

ЭЗН применяется в высоковольтных сетях 110 кВ и поболее. В случае замыкания фазы на землю, представляет собой однофазовое КЗ.

Оно сопровождается значительными токами в месте повреждения, в итоге чего срабатывает система защиты с отключением напряжения. Дадим определение, что же все-таки это такое.

Отлично заземленная нейтраль — это заземленная нейтраль в сетях трехфазного напряжения выше 1000 В, коэффициент замыкания на землю которой ≤ 1,4.

На ниже приведенном рисунке представлена схема ЭЗН:

Читайте также: Сенсоры сигналов с амплитудной модуляцией (АМ)

Это означает, что при однофазовом замыкании на землю, напряжение других, не покоробленных фаз, возрастет на величину, не превосходящую значения 1,4.

И рассчитывается по нижеприведенной формуле:

Это имеет огромное значение для высоковольтных сетей. Т.к. при таковой схеме напряжение неповрежденных фаз не существенно превосходит номинальное. А это означает, что нет необходимости наращивать изоляцию сетей и оборудования.

Эксплуатация сетей с ЭЗН будет обходиться существенно дешевле. При всем этом следует учесть, что экономия возрастает по мере возрастания напряжения в полосы.

Принцип деяния сетей с глухозаземленной нейтралью

Сейчас разглядим тщательно, с какой целью заземляется нейтраль и как схожая реализация обеспечивает подабающий уровень электробезопасности, для этого перечислим происшествия, которые могут привести к поражению электротоком:

• Конкретное прикосновение к токоведущим элементам. В этом случае никакое заземление не поможет. Нужно ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
• Образование зон с шаговым напряжением в итоге аварий на ВЛ либо других видах электрохозяйства.
• Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, другими словами, на нем возникает опасное для жизни напряжение.
• В итоге нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением возможно окажутся кабельные каналы, короба и другие железные конструкции, применяемые при трассировке.

В эталоне между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя значительно содействует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значимом удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти людскую жизнь, как минимум, в 2-ух последних случаях из обозначенного выше перечня.

Дабы избежать губительного воздействия электротока нужно заземлять корпуса электроприборов, также и других железных частей электроустановок построек. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В итоге произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.

Даже если защита не сработает, а кто-нибудь прикоснется к железному элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, так как в этой цепи будет наименьшее сопротивление.

Движение тока при КЗ на корпус

Говоря о механизме работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить резвый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. На самом деле, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки либо проблемного участка цепи.

При определенных критериях можно даже организовать защиту от образования небезопасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально небезопасном помещении стелют (если нужно, то замуровывают в бетон) железную сеть, присоединенную к общему заземляющему контуру.

Требования ПУЭ к сетям

Для сетей с отлично изолированной нейтралью ПУЭ регламентирует наибольшее сопротивление заземления, не превосходящего 0,5 Ом. При всем этом учитывается естественное заземление. А сопротивление искусственных заземлителей не должно быть более 1 Ом.

Это справедливо для установок выше 1000 В, режим токов КЗ на землю у каких равен либо превосходит значения 500 А. При всем этом следует учесть, что ЭИН и глухозаземленная нейтраль имеют подобные схемы без существенных различий. Такая схема показана на рисунке снизу.

Читайте также: Узел учета электроэнергии. Сборка и установка по ТУ

Отлично заземления нейтраль и глухозаземленная схема заземления позволяют предупредить дуговые перенапряжения. Но, они относятся к системам с большенными токами недлинного замыкания на землю (больше либо равно 500А).

Для уменьшения токов КЗ применяют искусственное повышение нулевой последовательности. Для этого на подстанции заземляется только часть нейтралей трансформаторов, либо нейтрали заземляются через резистор.

В итоге возрастает напряжение на неповрежденных проводниках. К более томным трагедиям относят межфазное куцее замыкание. При всем этом, напряжение и токи недлинного замыкания будут меньше, чем при однофазовом КЗ.

Потому расчеты производятся на основании огромных значений, т.е. однофазового недлинного замыкания.

Как смотрится однофазовое КЗ на рисунке снизу:

Отлично заземленная нейтраль создана для высоковольтных сетей 110 кВ и поболее. Но допускается применять такую схему и для напряжения наименее 1 000 В. Ее используют там, где отсутствуют и не предвидится установка электроустановок, в каких может появиться пожар либо устройства, которые могут выйти из строя либо подорваться.

Другими словами, ЭЗН применяется в сетях с напряжением наименее 1000 В, при условии отсутствия взрыво- и пожароопасных устройств.

Отлично применяются в городских электрических сетях. Особенность работы таких линий состоит в том, что при коэффициенте замыкания на землю наименее единицы, можно применить кабель, рассчитанный на напряжение 6 кВ в сетях с напряжением 10 кВ.

Это позволяет передавать огромную мощность с коэффициентом 1,73. При всем этом замена кабеля и коммутационной аппаратуры не нужна.

Принцип деяния сетей с глухозаземленной нейтралью

Сейчас разглядим тщательно, с какой целью заземляется нейтраль и как схожая реализация обеспечивает подабающий уровень электробезопасности, для этого перечислим происшествия, которые могут привести к поражению электротоком:

• Конкретное прикосновение к токоведущим элементам. В этом случае никакое заземление не поможет. Нужно ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
• Образование зон с шаговым напряжением в итоге аварий на ВЛ либо других видах электрохозяйства.
• Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, другими словами, на нем возникает опасное для жизни напряжение.
• В итоге нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением возможно окажутся кабельные каналы, короба и другие железные конструкции, применяемые при трассировке.

В эталоне между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя значительно содействует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значимом удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти людскую жизнь, как минимум, в 2-ух последних случаях из обозначенного выше перечня.

Дабы избежать губительного воздействия электротока нужно заземлять корпуса электроприборов, также и других железных частей электроустановок построек. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В итоге произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.

Даже если защита не сработает, а кто-нибудь прикоснется к железному элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, так как в этой цепи будет наименьшее сопротивление.

Движение тока при КЗ на корпус

Читайте также: Защиты от замыканий на землю, размещение защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

Говоря о механизме работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить резвый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. На самом деле, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки либо проблемного участка цепи.

При определенных критериях можно даже организовать защиту от образования небезопасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально небезопасном помещении стелют (если нужно, то замуровывают в бетон) железную сеть, присоединенную к общему заземляющему контуру.

Плюсы и недочеты

Отлично заземленная нейтраль применяется в сетях 110 кВ и выше. Она обладает вблизи преимуществ.

Основным предназначением таких схем являются:

• В схемах с ЭЗН происходит стабилизация потенциала нейтрали и исключение вероятности появления устойчивых заземляющих дуг и последствий возникающих вследствие КЗ.
• При КЗ на землю и переходных процессах, на изоляцию не действуют огромные напряжения. Что дает возможность применить изоляцию с наименьшим припасом прочности. А это в свою очередь дает значимый экономический эффект от использования наименее дорогостоящей изоляции, что понижает эксплуатационные издержки сетей.
• Использование быстродействующей селективной автоматики. Моментальная работа защиты не позволяет ухудшить возникшую неисправность.

Не считая тривиальных плюсов, сети имеют и недочеты.

К ним относятся:

• При любом КЗ на землю происходит обесточивание неисправного участка. При всем этом релейные системы защиты оборудуются средствами автоматического повторного включения. При выключении напряжения средствами автоматики, происходит нарушение бесперебойной подачи напряжения, что плохо сказывается на потребителях. А в некоторых случаях, ответственные потребители, обязаны устанавливать устройства подачи бесперебойного напряжения.
• В момент недлинного замыкания появляется завышенный электромагнитный импульс. Он негативно оказывает влияние на средства связи. Их приходится дополнительно экранировать.
• Использование сложных быстродействующих средств защиты.
• Выход генератора из синхронизма при значимых токах недлинного замыкания. Т.е. в момент КЗ происходит «притормаживание» генератора.
• Значимые токи недлинного замыкания могу вызвать повреждение кабеля с повреждением изоляции, механическое разрушение изоляторов на ЛЭП, повреждение железа статора генератора в случае пробоя изоляции на землю и т.п.
• Появляется опасность поражения людей электрическим током вследствие завышенного и шагового напряжения при маленьком замыкании на землю.
• Изготовка заземляющих устройств. Отсутствие дублирующего заземления может бросить оборудование без защиты, если произойдет обрыв нейтрального провода.

Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной

Дабы дать разъяснить различие нужно, коротко поведать об главных особенностях изолированной нейтрали, пример такового выполнения приведен ниже.

Рис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью

Как видно из рисунка при данном методе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообщем отсутствует), потому открытые проводящие части (дальше по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество таковой системы состоит в том, что при первом однофазовом замыкании можно не создавать защитное отключение. Это бесспорный плюс для высоковольтных линий, так как обеспечивается более высочайшая надежность электроснабжения. К огорчению, таковой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.

Малый уровень электробезопасности основной, но не единственный недочет изолированной нейтрали, с их полным перечнем, также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем веб-сайте.

Что такое нейтраль трансформатора

Нейтраль трансформатора — это точка соединения фазных обмоток при схеме подключения «звезда». Разность потенциалов в этой точке равна нулю. Разность потенциалов между концами фаз и нейтралью соответствует линейному напряжению между фазами.

При замыкании на землю меняется симметрия электрической системы; меняется значение напряжения между землей и фазами; образуются токи замыкания на землю, появляется перенапряжение в сети. Степень преломления симметрии находится в зависимости от избранного режима присоединения нейтрали.

Избранный режим должен обеспечивать безопасность обслуживающего персонала, экономичность электроустановки, бесперебойность электроснабжения потребителей и надежность работы.

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы либо метод рабочего заземления которых обоснован:

• требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
• допустимыми токами замыкания на землю,
• перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, 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 использования простых схем электрических сетей.

Заземление нейтрали трансформатора

Применяются следующие режимы нейтрали:

• глухозаземленная нейтраль,
• изолированная нейтраль,
• отлично заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок. при однофазовом замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы:

• меняются напряжения фаз относительно земли, возникают токи замыкания на землю, появляются перенапряжения в сетях.
• Степень конфигурации симметрии находится в зависимости от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Глухозаземленная нейтраль трансформатора

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству конкретно либо через маленькое сопротивление, то такая нейтраль именуется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Изолированная нейтраль

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством именуется изолированной нейтралью.

Возмещенная нейтраль

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, именуются сетями с резонанснозаземлённой или возмещенной нейтралью.

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

Электроустановки зависимо от мер электробезопасности делятся на 4 группы:

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большенными 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

Общее предназначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Режим работы нейтрали

Режим нейтрали оказывает существенное воздействие на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, характеристики избираемого оборудования.

Предназначение заземления нейтрали трансформатора для увеличения чувствительности защиты от однофазовых замыканий на землю.

В обычном режиме высокоомный резистор, и по мере надобности дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Дабы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ нужно краткосрочно прирастить ток через устройство защиты. Обоснование способности краткосрочного индуктивного заземления нейтрали особым трансформатором заземления нейтрали. При появлении на полосы ОЗЗ трансформатор через 0,5 с краткосрочно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазового недлинного замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и сотворения условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение полосы. Выключатель с данной выдержкой времени отключается. Отключение полосы предутверждает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неминуемые в сетях напряжением 6-10 кВ с высочайшей изношенностью кабелей и оборудования.

Таковой режим отключения покоробленных кабельных линий пару лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Но, отключение линий может быть только при наличии надежного резервирования и в случаях, обсужденных правилами устройств электроустановок.

Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ либо МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. набросок 1), присоединенным к нейтрали ТЗН. В обычном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (либо) реле тока КА1, либо устройство определения покоробленной фазы (см. набросок 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 при помощи ключа SА. При всем этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь перебегает в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и по мере надобности через ДГР.

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

Заземление нейтрали трансформатора 110 кв

В современных энергосистемах сети 110 кВ и выше эксплуатируются с действенным заземлением нейтралей обмоток силовых трансформаторов. Сети напряжением 35 кВ и ни­же работают с изолированной нейтралью либо заземлением через дугогасящие реакторы.
Каждый вид заземления имеет свои достоинства и недочеты.

В сетях с изолированной нейтралью однофазовое замыкание на землю не приводит к недлинному замыканию. В месте замыкания проходит маленькой ток, обусловленный емкостью 2-ух фаз на землю. Значимые емкостные токи обычно компенсируются вполне либо отчасти включением в нейтраль трансформатора дугогасящего реактора.

Остаточный в итоге компенсации малый ток не способен под­держивать горение дуги в месте замыкания, потому покоробленный участок, обычно, не отключается автоматом.

Железное однофазовое замыкание на землю сопровождается увеличением напряжения на неповрежденных фазах до линейного, а при замыкании через дугу может быть возникновение перенапряжений, распространяющихся на всю электрически связанную сеть, в какой могут находиться участки с ослабленной изоляцией. Дабы уберечь трансформаторы, работающие в сетях с изолированной нейтралью либо с компенсацией емкостных токов, от воздействия завышенных напряжений, изоляцию их нейтралей делают на тот же класс напряжения, что и изоляцию линейных вводов.

При таком уровне изоляции не нужна использование никаких средств защиты нейтралей, не считая вентильных разрядников, включаемых параллельно дугогасящему реактору.

Однофазовое куцее замыкание в сети с действенным заземлением нейтрали.

В сетях с действенным заземлением нейтрали (рис. 1.19) однофазовое замыкание на землю приводит к недлинному замыканию. Ток недлинного замыкания (КЗ) проходит от места повреждения по земле к заземленным нейтралям трансформаторов Т1 и Т2 распределяясь назад пропорционально сопротивлениям веток. Покоробленный участок выводится из работы действием защит от замыканий на землю. Через трансформаторы (ТЗ и Т4), нейтрали которых не имеют глухого заземления, ток однофазового КЗ не проходит.
С учетом того, что однофазовое КЗ является частым (до 80% случаев КЗ в энергосистемах приходится на однофазовые КЗ) и томным видом повреждений, принимают конструктивные меры по уменьшению токов КЗ. Одной из таких мер является частичное разземление нейтралей трансформаторов.

Нейтрали автотрансформаторов не разземляются, так как они рассчитаны для работы с неотклонимым заземлением концов общей обмотки.

Число заземленных нейтралей на каждом участке сети устанавливается расчетами и принимается наименьшим. При выборе точек заземления нейтралей в энергосистеме руководствуются как требованиями релейной защиты в части поддержания на определенном уровне токов замыкания на землю, так и обеспечением защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений. Последнее событие вызвано тем, что все трансформаторы 110-220 кВ российских заводов имеют пониженный уровень изоляции нейтралей. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтралей соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обосновано включением со стороны нейтрали переключающих устройств с классом изоляции 35 кВ.

Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает значимый экономический эффект, и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора.

Выбор обозначенного уровня изоляции нейтралей трансформаторов, созданных для работы в сетях с отлично заземленной нейтралью, на техническом уровне обосновывается значением напряжения, которое может показаться на нейтрали при однофазовом КЗ. А оно может добиться практически 1/3 линейного напряжения (к примеру, для сетей 110 кВ около 42 кВ — действующее значение). Разумеется, что изоляция класса 35 кВ разземленной нейтрали нуждается в защите от завышенных напряжений. Не считая того, при неполнофазных отключениях (либо включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью переходный процесс сопровождается краткосрочными перенапряжениями. До­статочно надежной защитой нейтралей от краткосрочных перенапряжений является использование вентильных разрядников. Нейтрали трансформаторов 110 кВ защищаются разрядниками 2хРВС-20 с большим допустимым действую­щим напряжением гашения 50 кВ.

Но практика указывает, что на нейтрали трансформаторов могут повлиять не только лишь краткосрочные перенапряжения. Нейтрали возможно окажутся под воздействием фазного напряжения промышленной частоты (для сетей 110 кВ 65-67 кВ), которое небезопасно как для изоляции трансформатора, так и для разрядника в его нейтрали. Такое напряжение может показаться и продолжительно (10-ки минут) оставаться незамеченным при неполнофазных режимах ком­мутации выключателями, разъединителями и отделителями ненагруженных трансформаторов, также при некоторых аварийных режимах.

Видео: Чем отличается заземление от зануления ПРОСТЫМИ СЛОВАМИ