Сети с изолированной нейтралью

Изолированная нейтраль. Устройство и работа. Применение

Изолированная нейтраль — в процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии применяется симметричная 3-фазная система. Такую симметричность можно достичь, приведя в одинаковое положение линейные и фазные напряжения. Поэтому на всех фазах создается равномерная нагрузка по току, равный фазный сдвиг напряжений и токов. Но при эксплуатации такой системы часто возникают аварийные режимы, приводящие к различным неисправностям проводников. Вследствие этого возникает нарушение симметричности трехфазной системы. Такие нарушения необходимо быстро устранять. На это оказывает большое влияние быстродействие релейной защиты.

Ее правильное функционирование зависит от нейтралей, которые бывают изолированными или глухозаземленными. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, и используется в соответствующих условиях работы. От технического состояния релейной защиты зависит ее нормальная эксплуатация.

Устройство

Изолированная нейтраль создает режим, который нашел применение в российских энергосистемах для трансформаторов, а также генераторов. Их нейтральные точки не имеют соединения с контуром заземления. В сетях высокого напряжения (от 6 до 10 кВ) нейтральная точка не обязательна, так как обмотки трансформаторов выполнены по схеме треугольника.

По правилам имеется возможность ограничить режим изолированной нейтрали током емкости. Этот ток возникает при замыкании одной фазы.

Ток замыкания можно компенсировать путем использования дугогасящих реакторов в следующих случаях:

• Более 30 А, напряжение от 3 до 6 кВ.
• Больше 20 А, напряжение 10 кВ.
• Ток более 15 А, напряжение от 15 до 20 кВ.
• Ток больше 10 А, напряжение от 3 до 20 кВ, с опорами линий передач электроэнергии.
• Все сети питания на напряжение 35 кВ.
• В группе «генератор-трансформатор» при нагрузке 5 А и напряжении на генераторе от 6 до 20 кВ.

Допускается производить компенсацию тока замыкания на заземляющий контур путем замены ее на заземление нейтрали специальным резистором. В таком случае порядок действия релейной защиты изменится. Изолированная нейтраль впервые была заземлена в электрических устройствах с небольшой величиной напряжения.

В отечественных сетях питания изолированная нейтраль применяется в:

• 2-проводных сетях постоянного тока.
• 3-фазных сетях переменного тока до 1 кВ.
• 3-фазных сетях от 6 до 35 киловольт при условии допустимого тока замыкания.
• Низковольтных сетях, имеющих защитные устройства в виде разделяющих трансформаторов, защитной изоляции, для создания безопасных условий человека.

Принцип действия

Изолированная нейтраль применяется в схемах сетей питания в случаях соединения вторичных обмоток трансформаторов по схеме треугольника, а также при невозможности отключения питания при аварии. Поэтому точка нейтрали отсутствует.

Замыкание фазы на землю не считается коротким при схеме сети с изолированной нейтралью, так как нет соединения между землей и проводниками сети. Но это не значит, что не будет тока утечки при замыкании.

Это объясняется тем, что изоляция кабеля – это не абсолютный диэлектрик, как и другие изоляторы, которые имеют некую минимальную проводимость. Чем больше длина линии, тем выше ток утечки. Представим жилу кабеля обкладкой конденсатора. Второй обкладкой будет земля. Воздух и изоляция будет диэлектриком между токоведущими частями без напряжения, и кабелем. Емкость такого воображаемого конденсатора будет тем выше, чем длиннее линия передач.

Сеть с изолированной нейтралью представляет собой цепь замещения, учитывая удельную электроемкость сети и сопротивление изоляции. Это изображено на рисунке.

Такие компоненты цепи создают ток утечки. При различных условиях в таких сетях 380 вольт ток утечки незначителен, и составляет несколько миллиампер. Несмотря на это, такое замыкание приводит к аварии сети, хотя сеть еще может некоторое время работать.

Нельзя забывать, что в аналогичных сетях при замыкании 1-фазы на землю значительно повышается напряжение между землей и исправными фазами. Это напряжение приближается к величине 380 вольт (линейное напряжение). Этот факт может привести к удару электрическим током электротехнических работников.

Незначительная величина тока 1-фазного замыкания при изолированной нейтрали является причиной такого фактора, что такое замыкание невозможно отключить предохранителями и автоматами защиты. Поэтому потребуется вспомогательные релейные электроустановки, которые предупредят об аварийном режиме.

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.

Виды нейтралей в сетях

В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:

• до 1 кВ;
• свыше 1 кВ.

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:

• Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
• I (изолят) – изолированной нейтрали.

Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:

• N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
• Т – независимое заземление.

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.

TN

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.

ТТ

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.

IT

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.

• сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
• сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
• сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Изолированная нейтраль

Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.

Изолированная нейтраль

Эффективно-заземленная нейтраль

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

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.

Применения изолированной нейтрали для сетей более 1000 В

Для безопасности пользования и снижения расходных материалов в электросетях более 1000 В чаще всего применяются изоляционные системы глухого заземления.

Однако стоит отметить, что в некоторых трансформаторах жилы соединены по схеме «трех углов», а не «звезды» и центральная нейтраль не предусмотрена изначально.

Кроме того, даже единичный контакт с не изолированным высоковольтным проводом – смертельно опасен для жизни человека, потому нельзя пренебрегать системой для обеспечения безопасности.

Помимо вышеописанных факторов необходимости использования изоляции, существует еще один, связанный с повреждением одной из фаз.

Как известно, при коротком замыкании заземленной фазы через другу в трансформаторе высоковольтных проводов, возникает значительная перегрузка, которая приводит к разрушению изоляции и межфазному короткому замыканию.

Чтобы исключить малейшую вероятность заземленной дуги и вытекающих аварийных последствий изолированная центральная нейтраль обязательно соединяется с «землей» через специальный реактор гасящий дугу.

Его необходимо подобрать и установить согласно всем характеристикам определенной сети, чтобы он обеспечивал максимальную защиту и безопасность.

Реактор, описанный выше, для гашения дуги способствует следующим процессам:

1. Снижает ток короткого замыкания.
2. Разрушает дугу, путем воздействия на ее неустойчивые физические характеристики.
3. Снижает риск повторной аварийной ситуации дуги, путем замедления роста тока после гашения.
4. Снижает напряжения обратного тока.

СХЕМЫ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Контроль состояния изоляции в сетях оперативного постоянного тока имеет весьма большое значение. При замыканиях на «землю» двух полюсов перегорают плавкие вставки, исчезает оперативный ток, что может привести к отказам работы релейной защиты. При замыканиях на «землю» одного из полюсов плавкие вставки предохранителей не перегорают, вся система постоянного тока продолжает работать, сигнальные лампы не погасают и повреждение остается необнаруженным, но имеется опасность ложных действий устройств защиты, автоматики и сигнализации при возникании второго замыкания, хотя бы и переходящего, на том же полюсе во второй точке.
Контроль изоляции сети постоянного тока производится по величине напряжения полюсов относительно земли. Нормальным считается состояние, при котором напряжения обоих полюсов по отношению к «земле» равны, так как вероятность одновременного снижения сопротивления изоляции обоих полюсов на одинаковую величину весьма мала. При снижении сопротивления изоляции одного из полюсов напряжение этого полюса относительно «земли» понижается, а напряжение другого, неповрежденного полюса наоборот повышается. Рис. 74. Схема контроля изоляции сети постоянного тока
а — с двумя вольтметрами; б — с одним вольтметром

Простейшие схемы контроля изоляции сети постоянного тока приведены на рис. 74. Вольтметры, применяемые в этих схемах, должны иметь шкалу с нулем посередине и возможно большее внутреннее сопротивление (50— 100 ком), так как чувствительность таких схем тем выше, чем больше внутреннее сопротивление применяемых приборов.
На крупных подстанциях и электростанциях применяют более сложные устройства контроля изоляции сети постоянного оперативного тока, позволяющие измерять сопротивление изоляции сети относительно «земли» и автоматически включать предупредительную сигнализацию при снижении сопротивления изоляции одного из полюсов относительно «земли» ниже определенной величины. На рис. 75 приведена схема контроля изоляции сети постоянного тока, предложенная ОРГРЭСом.

Рис. 75. Схема контроля изоляции сети постоянного тока, предложенная ОРГРЭСом
Сопротивления обоих реостатов R и потенциометра Л величиной 1000 Ом должны быть строго равны между собой. Для сети с номинальным напряжением 110 в применяют вольт- метр со шкалой 60—0—60 в, а для сети напряжением 220 в со шкалой 120—0—120 в. Внутреннее сопротивление вольтметров, как уже указывалось выше, должно быть не менее 50 ком. В качестве сигнального реле PC устанавливают реле типа ЭТ или ЭН с заменой их катушек на катушки, намотанные из провода ПЭ 0,13 мм по 8000 витков каждая. Сопротивление постоянному току каждой катушки должно быть около 1000 Ом. Катушки соединяют последовательно, и реле настраивают на ток срабатывания, равный 3,2 мА.
Схемы контроля изоляции сети постоянного тока проверяют в такой последовательности. Измеряют сопротивление постоянному току реостатов, потенциометров, добавочных сопротивлений, обмоток релей приборов. Измеренные сопротивления должны соответствовать параметрам примененной схемы. Затем проверяют правильность монтажа схемы, измеряют сопротивление и испытывают повышенным напряжением изоляцию проводов схемы со всей присоединенной аппаратурой. Заключительным этапом является проверка правильности действия устройства и правильности разметки шкалы вольтметра, градуированной в килоомах, и шкалы потенциометра.
Правильность действия устройства контроля изоляции определяют заземлением каждого полюса сети через сопротивления известной величины, например, 10, 50, 100 и 200 ком. При этом проверяют соответствие отклонения стрелки вольтметра по направлению и величине напряжения. Чувствительность сигнального устройства схемы, приведенной на рис. 75, проверяют при заземлении одного полюса через сопротивление Я„ известной величины (50—2000 ком) и плавном снижении при помощи высокоомного реостата Ra сопротивления между вторым полюсом и землей до срабатывания реле на сигнал.
Для устройства ОРГРЭСа при приведенных выше параметрах схемы и настройки реле чувствительность должна быть не менее приведенных величин:

Лн в ком .	2000	1000	500	100	50	30
На в ком для сети напряжением:
110 в . .	14,6	14,4	14,1	12.3	10,6	8.8
220 в .	31,2	30.9	30,0	23,4	18,4	14,4

Правильность разметки шкал и чувствительность реле следует проверять при подключении устройства к сети постоянного тока с возможно большим сопротивлением изоляции относительно земли (не ниже 1 Мом). Обычно для этого устройства контроля изоляции подключают к зарядному или подзарядному агрегату.

• Назад
• Вперед

Эффективно заземленная нейтраль

При эффективном и глухо заземлении нейтрали всякое замыкание одной фазы является однофазным КЗ, сопровождающимся значительным током через место повреждения, и должно привести к срабатыванию защитных устройств, отключающих поврежденный участок от системы. На мощных подстанциях токи замыкания на землю могут достигать десятков килоампер. Чтобы частые отключения линий из-за замыканий на землю не нарушали надежности питания потребителей, на таких линиях применяют однофазное или трехфазное автоматическое повторное включение (АПВ).

Наибольшее распространение среди систем высокого напряжения получили системы с эффективно заземленными нейтралями. У таких систем нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов заземлены наглухо или через реакторы с небольшим индуктивным сопротивлением с таким расчетом, чтобы при замыкании напряжения неповрежденных фаз относительно земли не превышали 1,4 Uф, а однофазный ток КЗ в любой точке системы был не менее 60 % тока трехфазного КЗ в той же точке. В системах с эффективно заземленной нейтралью кратность внутренних перенапряжений (k = Uвн / Uф) в момент замыкания не превышает 2,5.

Системы с эффективно и глухозаземленной нейтралью относят к системам с большими токами замыкания на землю (Iз > 500 А).

Для ограничения токов замыкания на землю искусственно увеличивают сопротивление нулевой последовательности Zо за счет заземления только части нейтралей трансформаторов (одного или двух) на подстанции или заземления нейтралей через сопротивления. Однако такое увеличение приводит к дополнительному повышению напряжения на неповрежденных фазах при несимметрии КЗ.

Рассмотрим систему с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыкании на землю фазы (рисунок а)). В этом случае напряжения на неповрежденных фазах определяют из выражений:

Ub’ = — ((3*Zо + j√3*(Zо + 2*Z2) / (2*(Z1+Z2+Zо)) * Еэ;

Uc’ = — ((3*Zо — j√3*(Zо + 2*Z2) / (2*(Z1+Z2+Zо)) * Еэ,

где Еэ — ЭДС эквивалентного генератора, численно равная напряжению в месте КЗ перед его возникновением.

Ток однофазного замыкания определяется суммой токов прямой, обратной и нулевой последовательностей, то есть:

Iз = Ia1+Ia2+Iaо = 3*Ia1,

где Ia1 = Ia2 = Iaо

На рисунке б) представлена векторная диаграмма при КЗ фазы L1 для системы с индуктивными сопротивлениями.

Векторная диаграмма получается симметричной, поскольку IUc’I = IUb’I, а концы векторов Uc’ и Ub’ скользят по прямым, параллельным вектору Uл.

Внутренние перенапряжения в системе зависят от числа заземленных нейтралей трансформаторов. Чем больше это число, тем меньше значения перенапряжений. Однако заземление большого количества нейтралей приводит к значительному увеличению тока однофазного КЗ. Поэтому, например, в системах напряжением 110 В заземляют столько нейтралей трансформаторов, сколько необходимо для создания эффективного режима работы нейтрали в системе. Иногда для уменьшения однофазного тока КЗ нейтрали трансформаторов заземляют через активное или индуктивное сопротивление. При заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление ток в месте повреждения будет значительно больше емкостного тока замыкания на землю, но не более допустимых значений, ограниченных появлением устойчивого дугового замыкания на землю. Такое заземление нейтрали повышает устойчивость системы при однофазных замыканиях на землю и ограничивает коммутационные перенапряжения до допустимых пределов.

При заземлении нейтрали через активное сопротивление ток в месте повреждения будет больше емкостного тока замыкания на землю, но меньше, чем при заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление. Напряжения на неповрежденных фазах при этом достигают значений (1,73 — 1,9) Uф. При правильно выбранном значении активного сопротивления устойчивость системы при однофазных замыканиях выше, чем при глухом заземлении нейтрали. Надежность заземления нейтрали через активное сопротивление выше, чем через индуктивное. Однако введение в нейтраль индуктивного сопротивления (реактора) для ограничения тока однофазного КЗ является более экономичным, чем заземление нейтрали через активное сопротивление. Последнее находит применение при заземлении нейтралей генераторов.

Системы заземления TN-S, TN-C, TNC-S, TT, IT

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Что это такое

Определение понятия «изолированная нейтраль» приведено в главе 1.7. ПУЭ, в пункте 1.7.6. и ГОСТ Р 12.1.009-2009. Где сказано, что изолированной называется нейтраль у трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству вообще, или, когда она присоединена через приборы защиты, измерения, сигнализации.

Нейтралью называется точка, в которой соединены обмотки у трансформаторов или генераторов при включении по схеме «звезда».

Среди электриков есть заблуждение о том, что сокращенное название изолированной нейтрали – это система IT, по классификации п. 1.7.3. Что не совсем верно. В этом же пункте сказано, что обозначения TN-C/C-S/S, TT и IT приняты для сетей и электроустановок напряжением до 1 кВ.

В той же главе 1.7 ПУЭ есть пункт 1.7.2. где сказано, что в отношении мер электробезопасности электроустановки делятся на 4 типа — изолированную или глухо заземленную до 1 кВ и выше 1 кВ.

Таким образом есть некоторые отличия в безопасности и применении такой сети в разных классах напряжения и называть линию 10 кВ с изолированной нейтралью «система IT» по меньше мере неправильно. Хотя схематически – почти тоже самое.

Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.

Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.

• Если ток замыкания прибора на землю и корпус не превышает 500 А, он называется установкой с малыми токами замыкания на землю. С такими токами и работают линии с напряжением до 1 кВт и выше с изолированной нейтралью трансформатора или генератора. Чаще всего это 3-фазные системы с линейным напряжением в 220,380 и 660 В.
• Если ток замыкания на корпус или землю больше 500 А, это установка с большими токами замыкания. Такое оборудование работает с глухозаземленной нейтралью при напряжении 110 кВ и выше.

Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.

Тема 1.3 Режимы работы нейтрали трансформаторов

Классификация электроустановок в отношении мер электробезопасности согласно ПУЭ п.1.7.2.

Схемы соединения обмоток трансформаторов. Режимы работы нейтрали трансформаторов и особенности сетей с глухозаземленной и изолированной нейтралью. Принцип выбора режима работы нейтрали различных напряжений.

Основные термины и определения, используемые для систем электроустановок согласно ПУЭ п.п. 1.7.3 – 1.7.36.

Рекомендуемая литература:

Методические указания

Ознакомьтесь с классификацией электроустановок в отношении мер электробезопасности по ПУЭ глава 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» п.1.7.2.

Из курса дисциплины «Электрические машины» вспомните: какое устройство называется трансформатором, классификацию трансформаторов, условные обозначения схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Ознакомьтесь с таблицей схем и групп соединения обмоток трансформаторов по .

Нейтраль сети, как совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, может быть изолирована от земли, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления, глухо заземлена. Режимы работы нейтрали трансформаторов и особенности сетей с глухозаземленной и изолированной нейтралью приведены в .

При выборе режима работы нейтрали необходимо учитывать требования ПУЭ глава 1.2. «Электроснабжение и электрические сети» п.1.2.16.

Запишите в конспект основные термины и определения, используемые для систем электроустановок согласно ПУЭ глава 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» п.п. 1.7.3 – 1.7.36.

Вопросы для самоконтроля

1. Какое устройство называется трансформатором?

2. Что характеризует группа соединения обмоток трансформатора?

3. Перечислите режимы работы нейтралей трансформаторов.

4. Дайте определения электрической сети с эффективно заземленной нейтралью.

5. Что называется глухозаземленной нейтралью?

6. Что называется изолированной нейтралью?

7. Какие требования учитываются при выборе режима работы нейтрали трансформатора?

8. Дайте определения проводникам N, PE и PEN.

9. Дайте характеристику системам TN ,IT и TT.

В результате изучения темы студент должен:

знать

· схемы соединения обмоток трансформаторов;

· режимы работы нейтрали трансформаторов;

· принцип выбора режима работы нейтрали различных напряжений.

Раздел 2. ВНУТРИЦЕХОВОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Тема 2.1 Общие сведения о силовом и осветительном электрооборудовании

Промышленных предприятий

Основные потребители электроэнергии. Классификация электроприемников; характеристика и режимы их работы. Понятие номинальной и установленной мощности. Приведение мощности электроприемников работающих в повторно-кратковременном режиме к мощности длительного режима работы.

Рекомендуемая литература:

Методические указания

Электроэнергия на промышленных предприятиях широко применяется для привода различных механизмов, освещения, различных электротехнических установок – электротермических, электросварочных, электролизных и др.

Электроустановки каждого потребителя электроэнергии имеют свои характерные особенности и показатели, которые определяют условия электроснабжения потребителя.

Классификация электроприемников подробно описана в .

Главным характерным показателем потребителей электроэнергии является их номинальная мощность. Для приемников различного режима работы эта величина определяется по-разному. Ознакомьтесь с определениями номинальной и установленной мощности по .

Обратите внимание на расчет относительной продолжительности включения электроприемников работающих в повторно-кратковременном режиме

Приведение мощности электроприемников, работающих в повторно- кратковременном режиме, к номинальной мощности для длительного режима работы подробно рассмотрено в .

Вопросы для самоконтроля

1. Как классифицируются электроприемники по режиму работы, роду тока, напряжению?

2. Что понимают под номинальной мощностью электродвигателя, силового трансформатора, сварочной машины?

3. Назовите стандартные значения относительной продолжительности включения электродвигателей.

4. Определите номинальную мощность кранового электродвигателя, имеющего мощность Рпасп = 15 кВт при ПВ пасп =25%.

В результате изучения темы студент должен:

знать

· классификацию электроприемников;

· характеристики и режимы работы электроприемников;

· понятия номинальной и установленной мощности;

уметь

· приводить мощности электроприемников, работающих в повторно- кратковременном режиме, к мощности длительного режима.

Что такое и для чего нужно выравнивание потенциалов?

Если между двумя точками имеется разность потенциалов (напряжение) и проводящая среда (например, тело человека), то между ними побежит ток. Ток может вызвать поражение человека, искрение, которое приведёт к пожару и другие вредные последствия. Чтобы этого избежать, выполняется выравнивание потенциалов: части оборудования, зданий и сооружений либо соединяются специальным проводником, либо сами их проводящие ток конструкции надёжно соединяются между собой. Также они соединяются с заземляющим (зануляющим) проводом. Выравнивание потенциалов считается мерой, дополнительной к заземлению. Как и в каких случаях его выполнять, об этом написано в Нормах устройства сетей заземления (10-11-40, 10-12-3 и другие разделы).

Применение изолированной нейтрали в сети до 1000 В

Благодаря использования изолированной нейтрали в трансформаторе, нивелируется любая возможная вероятность перепада напряжения между жилами «нуля» и «фазами». Потому даже случайный контакт с проводом под напряжением электрического тока – безопасно.

Чтобы объяснить данный процесс технологическим языком, вы можете ознакомиться с точной формулой ниже, которая демонстрирует равность электрического тока при контакте с человеком.

Как видно, электрический ток сразу же возвращается к изолированному источнику питания, а не стремится в землю через проводника, в данном случае – человека.

Кроме того, поскольку сопротивление тока равно около ста кОм на одну фазную жилу, то соответственно сила напряжения тока будет равна не более нескольких единиц милиампер, что абсолютно безопасно.

Помимо вышеописанных защитных преимуществ изолированной нейтрали, стоит упомянуть о минимизации любых рисков утечки тока на металлический корпус трансформатора или генератора.

Хотя в данном устройстве не сработает изолированное защитное реле или автоматический выключатель, обязательно сработает контроль-система изоляторного сопротивления, которая исключит возможность небезопасной ситуации.

Как итог такой налаженной работы изолированной электроустановки, электросеть с тремя фазами продолжит работоспособность даже в случае короткого замыкания одной жилы «фаз».

В таком случае напряжение электрического потока в активных двух фазах равномерно возрастет и при случайном контакте с одной из них, пользователь попадет под линейное напряжение тока.

Как видно, из-за особенной контракции устройства в электросети существует лишь один тип напряжения тока, в отличие от системы изолированного глухого заземления.

Если пользователь хочет подключить систему к электросети с нагрузкой на одну активную фазу, рекомендуется всегда использовать понижающие электроустановки, по типу генератора 380 на 220.

Достоинства и недостатки

Одним из важнейших преимуществ режима таких сетей является наличие небольшого тока при однофазных замыканиях на землю. Этот факт позволяет гораздо увеличить эксплуатацию автоматических выключателей. Дело в том, что замыкание на землю составляет на практике 90% от общего числа аварийных ситуаций.

Кроме того, наличие малого тока позволяет снизить требования к заземляющему оборудованию. Такой режим нейтрали обладает и массой недостатков. Например, однофазное замыкание на землю может вызвать феррорезонансные явления, которые зачастую приводят к выходу из строя электрооборудования.

Могут возникнуть дуговые перенапряжения, приводящие однофазное замыкание в двух- и трехфазное. Кроме того, конструкция защит от замыкания довольно сложная, что приводит к ее недостаточной работоспособности и эффективности. Бытует мнение, что при однофазном коротком замыкании возможна дальнейшая эксплуатация электрооборудования.

Но практика показывает, что практически сразу происходят двух- и трехфазное короткие замыкания, которые в итоге приводят к отключению электрооборудования. При падении провода у опор линий электропередач, когда сохраняется короткое замыкание, появляются опасные напряжения прикосновения. Большинство смертельных случаев происходят именно в таких ситуациях.

Поэтому для бесперебойной работы электроснабжения в сетях с изолированными нейтралями используют автоматические включения резервных питаний.