2.2. Режимы нейтралей электрических сетей

Нулевая точка (нейтраль) трехфазных электрических сетей может быть заземлена наглухо (рис. 2.2, а), заземлена через высокоомное сопротивление (рис. 2.2, б) или же изолирована от земли (рис. 2.2, в).

Режим нейтрали в электрических сетях до 1000 В определяется безо­пасностью обслуживания сетей, а в сетях выше 1000 В - бесперебойностью электроснабжения, экономичностью и надежностью работы электроустано­вок. Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) работа электроустано­вок напряжением до 1000 В допускается как с глухозаземленной, так и с изо­лированной нейтралью.

2.2.1. Режим нейтрали сетей до 1000 в с глухозаземленной нейтралью

Наиболее распространенные - четырёхпроводные сети трехфазного то­ка напряжением 380/220, 220/127, 660/380 (рис. 2.3) (числитель соответствует линейному напряжению, а знаменатель - фазному напряжению). Именно с этими сетями соприкасается широкий круг лиц, и ПУЭ требует глухого за­земления нейтрали.

Лампы накаливания включаются на фазное напряжение (между фаз­ным проводом и нулевым). Двигатели включаются на все три фазы А, В и С. Корпус двигателя, а также все другие металлические части заземляются в це­лях безопасности или присоединяются к нулевому проводу.

Замыкание на землю любой фазы приводит к короткому замыканию (КЗ). Ток однофазного КЗ ограничивается сопротивлением заземляющего устройства, т. к. это сопротивление невелико. При фазном напряжении ток достигает значительной величины и воздействует на защитное устройство фазы - передохранитель (может быть автомат с тепловым или магнитным расцепителем). Устройство срабатывает (предохранитель перегорает) и от­ключает поврежденную фазу. Сеть продолжает работать в неполнофазном режиме. Напряжение двух оставшихся в работе фаз не превышает фазного значения.

К таким потребителям относятся: освещение, нагревательные приборы, сва­рочные устройства и др.

Повреждение изоляции оборудования на корпус приводит к КЗ и к от­ключению места повреждения.

Трехфазные потребители (двигатели) при однофазном КЗ оказываются включенными на несимметричную систему напряжения, что особо опасно для двигателей. Электромагнитное поле теряет свои свойства и становится пульсирующим. Вращающий момент двигателя уменьшается, двигатель ос­танавливается, сопротивление уменьшается, что приводит к резкому увели­чению потребляемых ими токов. Это ведет к нагреву обмоток машины. Не­обходимо быстрое их отключение защитой. Глухозаземленная нейтраль при­меняется в разветвленных сетях. Недостаток глухозаземленных нейтралей -значительный ток однофазного КЗ, подлежащий немедленному отключению защитой поврежденного участка, и как следствие - убытки от недоотпуска электроэнергии.

2.2.2. Низковольтные сети с изолированной нейтралью

Это трёхпроводные сети, которые нашли применение для питания осо­бо ответственных потребителей при малой разветвленности сетей при обес­печении в сетях контроля фазной изоляции. Это сети, угольные шахты, гор­ные карьеры, вентиляционные установки, цехи с повышенной опасностью выделения токсичных газов.

В таких сетях замыкание на землю не приводит к КЗ, не сопровождает­ся протеканием больших токов и не является опасным. Такое замыкание на­зывается простым и не приводит к отключению поврежденной фазы (рис. 2.4, а).

Напряжение на двух неповрежденных фазах увеличивается в раз до линейного значения (эис. 2.4, б). Междуфазные (линейные) напряжения не изменяются, и следовательно, не изменяются условия работы электропотре­бителей, включенных на линейное напряжение, что обусловливает беспере­бойность электроснабжения. Время нахождения неповрежденных фаз под повышенным напряжением ограничено двумя часами. Длительная работа ус­тановок с заземленной на землю фазой недопустима, т. к. может привести еще к одному простому замыканию, и эти два замыкания представляют собой уже двухфазное КЗ на землю, сопровождающееся большим током КЗ, и вы­ходу из строя оборудования.

В сетях с изолированной нейтралью должен быть систематический контроль изоляции и быстрое устранение повреждения или автоматическое отключение поврежденной фазы. Изоляция должна выдерживать напряжение между фазой и землей .

Разрушение изоляции протекает медленно и заканчивается пробоем. Поэтому задачей персонала является своевременность выявления и устране­ния дефектов изоляции.

Для этого используется свойство симметричной системы фазных на­пряжений.

При отсутствии замыканий на землю вольтметры V1 показывают при­мерно одинаковые значения фазных напряжений. Различие может быть не­значительным, что объясняется неравномерной нагрузкой по фазам. Вольт­метр V2 измеряет геометрическую сумму системы трехфазных векторов, и его показатели близки к нулю. При замыкании фазы С на землю показания вольтметров фаз А и В приближаются к линейным значениям.

Показание вольтметра V2 уже будет значительно отличаться от нуля (земля как бы переместилась в точку С), а напряжение между фазой А или В и землей возросло до линейного (рис. 2.6). Изоляция должна быть усилена, чтобы выдержать в раз большее напряжение.

Электрические сети напряжением выше 1000В по режиму нейтрали де­лятся на сети с малым током замыкания на землю (<500 А и 3-35 кВ) и сети с большим током замыкания на землю (>500 А и U > 110 кВ).

Сети с малым током замыкания на землю работают с изолированной или компенсированной нейтралью.