1.4 Режим нейтрали электрических сетей

Общая точка соединенных в «звезду» фазных обмоток оборудования трехфазной сети называется нейтралью. Физически это нейтрали трансформаторов, входящих в электрическую сеть и имеющих связь по линиям электропередачи, напряжение которых соответствует классу напряжения их обмоток. Заземлением какой-либо части электроустановки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством. Заземлением нейтрали называется присоединение нулевой точки трансформаторов к заземляющему устройству. По условиям электробезопасности в соответствии с [1] электроустановки разделяются на электроустановки до 1кВ и электроустановки выше 1 кВ. По режиму нейтрали эти электроустановки разделяются на:

• электроустановки выше 1кВ с эффективным заземлением нейтрали (с большими токами замыкания на землю);

• электроустановки выше 1кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

• электроустановки до 1кВ с глухозаземленной нейтралью;

• электроустановки до 1кВ с изолированной нейтралью.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и и заземляющих проводников, а заземлителем называется проводник(электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей [1]. Заземлители подразделяют на искусственные, т.е. специально выполненные для целей заземления, и естественные, к которым относятся находящиеся в земле: электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения. Заземление может быть защитным и рабочим. Защитное заземление электроустановки выполняется с целью обеспечения электробезопасности. Рабочее заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки выполняется для обеспечения работы электроустановки.

На рисунке 1.4 представлены характерные режимы нейтрали электрических сетей. Если в сети одного напряжения заземлить с помощью металлических проводников все нейтрали обмоток трансформаторов данного класса напряжения, то электрическая сеть этого напряжения и будет сетью с заземленной нейтралью, причем такое заземление будет называться глухим (рис.1.4-а).

При разземлении незначительной части нейтралей трансформаторов одной сети получим сеть с эффективным заземлением нейтрали (рис.1.4-б). При определении количества трансформаторов, нейтрали которых разземляются, необходимо исключить возможность работы участка сети в режиме с изолированной нейтралью. Сети с глухим и эффективным замыканием относятся к сетям с большими токами замыкания на землю. В этих сетях при перекрытии изоляции фазы при грозовых перенапряжениях или обрыве провода и падении его на землю возникнет короткозамкнутый контур с малым сопротивлением. Ток, который будет протекать в этом контуре, на порядок превысит ток нормального режима.

В сети с эффективным заземлением нейтрали токи при КЗ на землю будут меньше, чем при глухом заземлении нейтрали, благодаря уменьшению количества параллельных связей в контуре и, соответственно, увеличению его сопротивления. В таких сетях имеет место повышение напряжения на неповрежденных фазах. В соответствии с [1] такое повышение напряжения не должно превышать 1,4 U_ф нормального режима. Эту величину называют коэффициентом замыкания на землю.

К_з.з. = U_зд..ф / U_ф.н. ,

где U_зд..ф – напряжение на неповрежденной фазе после КЗ, U_ф.н. - номинальное фазное напряжение.

Участок сети, на котором возникло короткое замыкание, подлежит немедленному отключению действием защит на выключатель поврежденного присоединения.

При отсутствии связи нейтральной точки обмоток трансформаторов с «землей» имеем сеть с изолированной нейтралью (рис.1.4-в). Если в сети с изолированной нейтралью устанавливаются специальные заземляющие реакторы для снижения уровня емкостных токов, то получим сеть с компенсированной нейтралью (рис.1.4-г). Сети с изолированной нейтралью называются также сетями с малыми токами замыкания на землю. Замыкание на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью не является коротким замыканием. Немедленное отключение оборудования, на котором произошло замыкание, в такой сети не требуется, т.к. отсутствуют большие токи, которые могли бы привести к его повреждению. Тем не менее, такое нарушении нормального режима должно как можно скорее быть устранено, так как на двух других фазах по отношению к земле напряжение повышается до линейного (увеличивается в раз). Длительное воздействие повышенного напряжения может привести к возникновению двухфазного короткого замыкания, сопровождающегося большими токами, при протекании которых может произойти повреждение оборудования. Замыкание на землю также опасно для людей, находящихся вблизи точки замыкания, поскольку в этом месте появляется зона растекания, т.е. опасный потенциал и шаговое напряжение.

Помимо заземления в электроустановках напряжением до 1 кВ используется также зануление – это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью в сетях трехфазного тока или глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

Электроустановки до 1кВ могут выполняться с глухозаземленной или с изолированной нейтралью. Установки с изолированной нейтралью применяются при повышенных требованиях безопасности (для передвижных установок, карьерных, торфяных и шахтных разработок и т.п.). в таких установках предусматривается контроль изоляции сети или защитное отключение. Если такая сеть связана через трансформатор с сетью напряжением выше 1 кВ, то она защищается, от повреждений изоляции между обмотками ВН и НН трансформатора пробивным предохранителем, устанавливаемым в нейтрали или фазе низшего напряжения каждого трансформатора.

Во внутризаводских сетях напряжением до 1 кВ на промышленных предприятиях используется, как правило, глухое заземление нейтрали. Это необходимо как по условиям электробезопасности, так и по условиям обеспечения работы однофазных электроприемников.

Заземлению или занулению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников, приводы электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения, каркасы распределительных щитов, щитов управления, шкафов, щитков, металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции, кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, проводов и т.п. [1].

Из изложенного следует, что во внутризаводских распределительных сетях систем электроснабжения применяются в основном два режима нейтрали: изолированная нейтраль для сети 10(6)кВ и глухое заземление нейтрали для сетей напряжением ниже 1 кВ. Для питающей сети напряжения 110-150 кВ используется режим эффективного заземления нейтрали. Для сетей напряжением 330 кВ и выше используется режим глухого заземления нейтрали.