Нейтральный провод — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 февраля 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 февраля 2019; проверки требует 1 правка.

Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях.

При соединении обмоток генератора и приёмника электроэнергии по схеме «звезда» фазное напряжение зависит от подключаемой к каждой фазе нагрузки. В случае подключения, например, трёхфазного двигателя, нагрузка будет симметричной, и напряжение между нейтральными точками генератора и двигателя будет равно нулю. Однако, в случае, если к каждой фазе подключается разная нагрузка, в системе возникнет так называемое

напряжение смещения нейтрали, которое вызовет несимметрию напряжений нагрузки. На практике это может привести к тому, что часть потребителей будет иметь пониженное напряжение, а часть повышенное. Пониженное напряжение приводит к некорректной работе подключённых электроустановок, а повышенное может, кроме этого, привести к повреждению электрооборудования или возникновению пожара.
Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии. Небольшое напряжение будет обусловлено только сопротивлением нулевого провода.

Шина для раздачи нулевых проводов.

Нулевой рабочий провод обозначается буквой N. Если нулевой рабочий провод одновременно выполняет функцию нулевого защитного провода (в системе заземления TN-C), то он обозначается как PEN. Согласно ПУЭ цвет нулевого рабочего провода должен быть голубым или бело-голубым^[1]. Такая же расцветка принята в Европе. В США цвет нулевого рабочего провода может быть серым или белым.

В линиях электропередач разных классов применяются различные виды нейтралей. Это связано с целевым назначением и различной аппаратурой защиты линии от короткого замыкания и утечек. Нейтраль бывает глухозаземлённая, изолированная и эффективно-заземленная.

Эффективно-заземленная нейтраль[править | править код]

Применяется в линиях напряжением до 1000 В, при небольшой длине ЛЭП и большом количестве точек подключения потребителей. Потребителю приходят 3 фазы и ноль, подключение однофазной нагрузки осуществляется между фазой и нулевым проводом (нейтралью). Нулевой провод генератора также заземлён.

Изолированная нейтраль[править | править код]

Применяется в линиях с напряжением свыше 1000 В до 110 кВ, такие линии имеют среднюю протяжённость и сравнительно небольшое число точек подключения потребителей, которыми обычно являются ТП в жилых районах и мощные машины фабрик и заводов.
В линиях на 50 кВ может применяться как изолированная, так и эффективно-заземлённая нейтраль.

Глухо-заземленная нейтраль[править | править код]

Применяется на протяжённых линиях с напряжением от 110 кВ (п. 1.2.16 ПУЭ). Электрические сети напряжением 110 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.

• «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи» Бессонов Л. А. Москва. «Высшая школа». 1996 ISBN 5-8297-0159-6
• ПУЭ

это… Определение, устройство и назначение

Электроэнергетика – это сложный промышленный комплекс, который состоит из множества составных частей. Чтобы каждый элемент работал правильно и выполнял поставленные задачи, необходимо точное знание и понимание физических процессов, которые протекают в силовом оборудовании. Некоторые из них легко объяснить, поэтому предлагаем познакомиться с таким понятием, как «нейтраль».

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

1. Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
2. Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
3. Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
4. Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Как отмечалось выше, нейтраль – это соединение нулевого проводника трехфазного силового трансформатора или генератора. Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему энергетического оборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник.

Остальные варианты реализованы через заземление нулевого проводника на землю, ДГК, низкоомный резистор. Последние в основном используются на подстанциях, которые преобразуют электрическую энергию высокого напряжения на низкое, потребительское. Принципиальная схема – звезда.

Изолированная нейтраль в электрических сетях

Применяется в распределительных сетях 6-35 кВ. Что касается физических проявлений изолированной нейтрали, напряжение возрастает до линейного. Основное назначение подобного типа связывается со следующими моментам:

1. Сеть не отключается, продолжает работать. Потребители на фазах без замыкания используют однофазные бытовые приборы до отключения линии. Перекос по напряжению в сетях 0,4 кВ отсутствует, в сетях 6-35 увеличивается до линейного.
2. Реализация таких сетей в разы дешевле в обслуживании, что позволяет экономить значительные средства на распределение электрической энергии.
3. Высокая надежность работы, особенно на воздушных линиях электропередач. Падение ветки не отключит фидер и обеспечит его работоспособность.

Главными недостатками изолированных сетей считаются:

1. При однофазном замыкании сеть продолжает работать, защиты не срабатывают, что иногда приводит к несчастным случаям с населением.
2. Наличие феррорезонансных процессов и возникновение реактивной мощности, которая ухудшает качество электрической энергии.

Резистор и напряжение 110 кВ и выше: как исполнена нулевая точка?

Эффективное заземление – это особый вид нулевого проводника, присоединенного к специализированному оборудования, который применяется в электроустановках выше 1 кВ. Для распределительных сетей используется вариант с заземлением через низкоомные резисторы, которые обеспечивают отключение линии при однофазном замыкании на землю без выдержки времени.

Линии высокого напряжения 110 кВ и выше также используют представленный тип нейтрали, что обеспечивает быстроту срабатывания защит. Для повышения чувствительности работы «релейки» у каждого силового трансформатора имеется специальное оборудование ЗОН. Одноколонковый заземлитель нейтрали обеспечивает также защиту от перегруза.

Заземление через низкоомные резисторы

Использование низкоомных резисторов считается идеальным решением в плане безопасности людей в распределительных сетях, а также в вопросах сохранения изоляции кабельных линий. Реализация защит предполагает выведение нулевой точки на специализированное оборудование, которое обладает меньшим омическим сопротивлением и дает сигнал на отключение линии. Фидер отключается с минимальной выдержкой времени, что является одним из достоинств. К прочим необходимо отнести:

• Первое, это нейтраль, которая при появление «земли» точно определяет поврежденное направление и отключает требуемую линию.
• Второе: нет необходимости в дополнительных расчетах и составлении режимных карт при ограниченных возможностях кольцевания распределительных сетей.

Важными недостатками такого типа заземления:

1. Не эффективен при больших токах замыкания на землю, так как появляются проблемы на подстанциях, где установлены низкоомные резисторы.
2. Низкая эффективность на ВЛ, а также на линиях большой протяженности. В первом случае малейшее приближение веток деревьев станет причиной отключения фидера. Особенно актуально с потребителями 1 особой, 1 и 2 категории.
3. Лишние отключения, которые возникают из-за неправильного срабатывания защит (отсутствие АПВ), предполагает простои в потреблении, материальные потери энергоснабжающей организации.

Глухое заземление силовых трансформаторов на землю

Все, что связано с распределительной сетью 0,4 кВ – это нейтраль с глухим заземлением на землю. Представленному типу отводится особое место и роль в плане безопасности. При появлении короткого замыкания на землю срабатывает защита, в частности, перегорают ПН-2 или отключается автомат. Относительно такой сети разрабатываются и защиты для проводки в домах и квартирах. Ярким примером является действие УЗО, обеспечивающее выявление токов утечки.

Основными преимуществами такого типа нейтрали считаются:

1. Идеально подходит для распределения электрической энергии, обеспечивает работоспособность бытового и специализированного однофазного/трехфазного оборудования.
2. Схема защиты не требует специализированного и дорогого оборудования. Технические средства по типу предохранителей или автоматов легко справляются с глухим замыканием на землю.

К недостаткам относится:

1. Защиты нечувствительны при дальнем КЗ. Необходимо точный расчет омического сопротивления петли фазы-нуль и правильный выбор автоматов или предохранителей.
2. Срабатывания не возникает при отсутствии замыкания на землю. Это представляет опасность для человека, что корректируется через использование изолированных проводов.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются:

1. Основное преимущество связывается с назначением оборудования. Высокая степень защиты изоляции кабельных линий при правильной подстройке.

Недостатками сети с таким типом нейтрали считаются:

1. Трудность настройки. Может возникнуть недокомпенсация или перекомпенсация, что не позволит правильно использовать оборудование. Для выстраивания необходим расчет индуктивности токов в зависимости от длины линии, мощности трансформаторов. В случае изменения схемы или добавления энергооборудования, плунжерные трансформаторы не всегда справляются с поставленными задачами.
2. Неправильно настроенное оборудование и высокий износ кабельных линий приводит к цепной реакции, которая предполагает выход из строя нескольких слабых участков сети.
3. Повышение технических потерь, которые возникают во время работы, а также проблемы безопасности. Компенсация тока на подстанции реализовывается относительно земли.
4. Невозможность определения линии, где произошло замыкание. Процесс выбора фидера с «землей» осуществляется через сравнение токов гармоник, что не всегда считается эффективным средством получения достоверной информации.

Нулевой проводник и дугогасящая катушка, реактор

Разница резонансно-заземленной нейтрали связывается с используемым оборудованием. Как отмечалось выше, нулевая точка может располагаться на дугогасящей катушке плунжерного типа или на регулируемом реакторе. Основные отличия связываются со следующими моментами:

1. ДГК предполагает компенсацию через отстроенную систему плунжерных трансформаторов. Настройка реализована через расчеты реальной сети службой релейной защиты. При возникновении замыкания на землю происходит компенсация токов, основанная на индуктивности. Процесс не регулируется и не подстраивается, что является неприятным моментом в случае появления «земли» в нескольких точках разных линий.
2. ДГР – более современное оборудование, которое предполагает использование автоматических систем определения индуктивности сети. Среди популярных вариантов считаются реакторы типа «РУОМ» с подстройкой «САМУР». Реализация опроса выполняется в реальном времени, что обеспечивает работоспособность даже при нескольких повреждениях с замыканием на землю.

Неважно глухозаземлена нейтраль или изолирована, применение каждого типа найдет место в современной электроэнергетике. А знание особенностей позволит разобраться с физической сущностью вопроса.

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.

Также, изолированная нейтраль при замыкании одной фазы на землю способствует пробиванию изоляции и появлению замыкания на других фазах, то есть, может возникнуть межфазное замыкание с большими токами. Чтобы обеспечить защиту в такой ситуации, необходимы плавкие вставки или автоматические выключатели.

Двойное замыкание на землю очень опасно для работников, обслуживающих сети. Поэтому, если в сети имеется однофазное замыкание, то такую сеть считают аварийной, так как условия безопасности резко снижаются. Наличие «земли» повышает опасность удара током при касании к элементам под напряжением. Поэтому замыкания даже одной фазы на землю немедленно должны устраняться.

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.

Эта система питания требует значительного числа сигнализаций и защитных устройств, а к работникам, которые обслуживают сети, предъявляются высокие квалификационные требования.

Преимущества

Режим изолированной нейтрали обладает достоинством, которое заключается в отсутствии надобности оперативного отключения первого 1-фазного замыкания на землю. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии небольшой емкости тока на заземление.

Изолированная нейтраль применяется ограниченно, так как имеет несколько серьезных недостатков.

Недостатки

• Сложное обнаружение неисправностей.
• Все электроустановки требуется изолировать на линейное напряжение.
• Если замыкание продолжается длительное время, то существует действительная опасность удара человека электрическим током.
• При 1-фазных замыканиях не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты, так как величина действительного тока замыкания напрямую зависит от работы сети питания, а именно от числа подключенных веток цепи.
• Снижается срок службы изоляции из-за постепенного накапливания дефектов вследствие воздействия на нее дуговых перенапряжений в течение длительного времени.
• Повреждения могут появиться в различных местах из-за пробоя изоляции в других местах, где появляются дуговые перенапряжения. Поэтому многие кабели выходят из строя, так же, как электродвигатели и другие электроустановки.
• Возможно появление дуговых перенапряжений, дуги незначительного тока в местах 1-фазного замыкания на землю.

В результате можно сказать, что значительное число недостатков превосходит все преимущества этого режима. Но при некоторых условиях такой способ вполне проявляет свою эффективность и не нарушает требований правил электроустановок.

Похожие темы:

Для чего применяют нейтральный провод: понятие нулевой провод

Нулевой провод — это провод, использующийся для выравнивания напряжения в фазах. В случае его отсутствия или повреждения могут сгореть подключенные к фазе приборы и даже может начаться пожар. Поэтому необходимо знать принципы работы с ним.

Что такое нулевой провод?

При работе с электричеством особого внимания требует нулевой провод. Что это такое, не всегда известно людям, не связанным профессионально с электросетями, и зачастую у них появляется ошибочное заблуждение, что нейтральный кабель – это только заземление. На самом деле, нейтральный проводник соединяет нейтрали установок в трехфазных цепях. Когда на каждую фазу из трех подается разная нагрузка, появляется смещение нейтрали, вызывающее нарушение симметрии напряжений, то есть, нарушение симметрий нагрузки приводит к тому, что у одних потребители будут получать пониженное напряжение, а другие же повышенное.

При пониженном подключенная электроаппаратура начинает работать неправильно, а при сильно возросшем, любая электроника ломается от перегрузки и может возникнуть пожар. Уравнивание обеспечивает баланс между повышенным и пониженным напряжением. В этом и заключается роль нулевого провода в электрической цепи.

Принцип работы нулевого провода

Данный проводник, соединяя нейтрали электроустановок с разной нагрузкой, балансирует линии с повышенным напряжением и линии с пониженным. Повышенность и пониженность является следствием того, что на каждой из них работают потребители с разной мощностью потребления.

Чем опасно повреждение нулевого провода?

Во-первых, о последствиях обрыва нуля должны знать все, кто работает с высоковольтными электросетями, так как обрыв может привести не только к уничтожению дорогостоящего оборудования, пожарам, но и к смертям пользователей этим оборудованием. Он обеспечивает равность разниц потенциалов в линиях с разной нагрузкой. Теперь представьте, что равности нет. На одной, например, будет 340 Вольт, а на другой всего 100 Вольт. А значит, на линии с большей разницей потенциалов сгорит аппаратура, к ней подключённая. А еще не забывайте, что изоляция тоже может быть пробита.

Причинами повреждения нейтрального соединения могут быть:

1. механическое повреждение человеком или природными условиями,
2. короткое замыкание, которое привело к отгоранию,
3. плохое подключение,
4. старость проводки.

Задачи и назначение нулевого провода

Главная задача – уравнивание напряжений в фазах. Разница потенциалов в каждой из фаз должна быть одинаковой. Конечно, это не значит, что благодаря ему будет абсолютное равное напряжение во всех трех фазах. Нет, разница потенциалов будет незначительно отличаться из-за сопротивления самой нейтралки, но останется в пределах нормы.

Повторное заземление нулевого провода

Повторное заземление – заземление, повторяющееся по всей длине нейтрального кабеля. Если вы повторно заземлили нулевой защитный проводник цепи, то понижается вероятность удара разрядом тока, появившуюся вследствие отрыва нейтрального кабеля и соединения фазы с корпусом после того места, где произошел обрыв, однако не исключит полностью опасность, т. е. не приведет к тем же безопасным условиям, которые были до разрыва.

Что такое заземление и нейтральный провод

Нейтральный проводник также балансирует потенциалы в нескольких фазах. Согласно ПУЭ, задача нейтрали — обеспечивать током потребителей. Ее необходимо соединять с глухо заземленной нейтралкой трансформатора. В частных домах и квартирах, где используются однофазные электросети, для работы оборудования должно быть два кабеля: фазовый и нулевой. «Ноль» соединяется с «землей», и на нем потенциал должен равняться 0. Подключается к «земле» с помощью контура заземления. Соответственно должно отсутствовать напряжение. При нарушении связи с ней во время работы оборудования оно будет под таким же напряжением, как и на фазе, соответственно – 220. На современных схемах он обозначается буквой N, а в советских документах, уже устаревших, использовалась цифра 0. Согласно ПУЭ, кабель необходимо покрыть изоляцией синего цвета.

Заземляющий проводник, согласно ПУЭ, нужен с целью безопасности. В нормальных условиях на нем отсутствует напряженность, и работает он как проводник, только если повреждена изоляция проводящего фазу или ноль. Соответственно, заземление нужно, чтобы при поломке не возникло дополнительных проблем. К примеру, когда у вас пробита защита холодильника, а сам холодильник не заземлен, прикосновение к нему будет равносильно прикосновению к фазе 220 В. А если холодильник заземлен, то током не ударит, так как потенциал уйдет в землю.

Защитный проводник обозначается буквами «PE». Согласно правилу, его изоляция должна быть окрашена в желтые и зеленые полосы. Если на схеме есть обозначение «PEN», значит, нейтральный и защитный провода совмещаются в один. Подобный кабель должен быть окрашен в голубой цвет с желтыми и зелеными полосами на концах.

Чтобы уравнять разные напряжения, все концы фазных обмоток соединяются в узел, который и называется нейтральной точкой, для чего применяют нейтральный провод при соединении в «звезду». Схема «звезда» с нейтралью применяется на практике, т.к. в ней при произвольной нагрузке отсутствует перекос фаз по напряжению, т.е. все фазные напряжения равны.

Если учесть все изложенное выше, то наверняка вы поняли критическую важность нейтрального кабель, уравнивающего напряжения в нескольких фазах, ведь его отсутствие грозит серьезными проблемами – от повреждения и потери оборудования до пожаров и даже риска смертельного поражения током человека.

Режимы работы нейтрали трансформатора: разновидности, достоинства и недостатки

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

1. изолированная;
2. компенсированная;
3. высокоомное резистивное заземление;
4. низкоомное резистивное заземление;
5. эффективное заземление нейтрали.

Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.

Изолированная нейтраль

Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.

Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.

 Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.

При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.

При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.

Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.

 Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.

Компенсированная нейтраль

Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.

Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.

Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.

Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.

Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:

Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.

Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. Есть два случая высокоомного заземления:

1. Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
2. Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты.

Эффективно заземленная нейтраль

Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.

Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.

А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.

Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.

Назначение нулевого провода

Определение 1

Нулевой провод в общем случае — это провод, по которому происходит возвращение остаточного тока по замкнутому контуру.

Не смотря на название, нулевой провод может обладать потенциалом в некоторые моменты времени. На схемах нулевой провод обычно обозначают буквой $N$.

Роль нулевого провода

Зачем же нужен нулевой провод в трехфазной цепи? Назначение нулевого провода в трехфазных цепях следующее: нулевой провод используется для выравнивания фазных напряжений.

Определение 2

Фазное напряжение — это напряжение между нулём и фазным проводом.

Если нагрузка на каждом из фазных проводов одинаковая (то есть одинаковая потребляемая мощность у каждого из потребителей фазного тока от фазных проводов 1-3) — то система будет оставаться рабочей даже в случае обрыва нулевого провода, так как в каждый момент времени разница потенциалов между нулевым и любым из фазных проводов будет одинаковой.

Роль нулевого провода при неравномерной нагрузке

Если нагрузка на каждой фазе будет разной — то необходимо обязательно подключать нулевой провод.

В случае его обрыва или внезапного повышения сопротивления на нём, напряжение распределится согласно потребляемым мощностям на каждую из нагрузок трёхфазной цепи и, соответственно, чем меньше потребляемая мощность — тем большее фазное напряжение получит потребитель тока.

Это неприемлемо для многих электроприборов и может вызвать их неисправность и даже пожар, именно для избегания таких неприятностей к каждой розетке подведён нулевой провод.

Роль нулевого провода при соединении звездой

Определение 3

Звезда — это особый способ соединения концов обмоток генератора, при котором все они соединяются в одну точку, называемую нейтралью.

При этом провода на выходе у потребителя также соединяются в аналогичную точку, а провод, соединяющий две нейтрали, называется нулевым. Провода же, соединяющие начало фазы у потребителя и генератора называются линейными.

В случае подключения трёхфазного двигателя нагрузка для всех трёх фазовых проводов будет одинаковая, соответственно, возвращение остаточного тока на генератор возможно по одному из фазовых проводов, на котором фазовое напряжение в данный момент времени равно нулю.

Если же нагрузки на стороне потребителя неодинаковые, остаточный ток после каждой нагрузки будет выходить разным и, соответственно, фазовое напряжение тоже будет разное.

Если говорить упрощённо, в каждый момент времени оно будет равно напряжению между проводом, который в данный момент времени не является несущим фазовый ток, и фазовым проводом — то есть оно будет разным.

Использование же нулевого провода в таком случае поможет предотвратить эти перепады и таким образом исключить возникновение неисправностей в сети.

Рисунок 1. Роль нулевого провода в трехфазной цепи при соединении звездой

На рисунке представлена схема подключения трёхфазной цепи при подключении звездой.

Ток по нейтральному проводу, соединяющему между собой две нейтрали, будет течь только при включении (или выключении) всей системы и старте работы первой из обмоток генератора.

В остальное время он будет возвращаться на генератор по фазовым проводам по очереди.

Фазовое напряжение на рисунке обозначено с помощью букв $U_A$, $U_C, U_B$, ЭДС на обмотках генератора — $E_C, E_A$ и $E_B$, а ток, текущий по фазовым проводам — буквами $I_C, I_A$ и $I_B$.

Сам генератор обозначен буквой $G$, а потребитель буквой $M$. Сопротивления у потребителя обозначены буквами $Z_A, Z_B$ и $Z_C$.

Линейные напряжения — то есть напряжения между фазами — обозначены соответственно $U_CA, U_AB, U_BC$. На рисунке стрелками показаны провода, к которым нужно подключить вольтметр для измерения линейного напряжения.

Маркировка нулевых проводов

Для того чтобы сделать нулевой провод легко отличаемым от остальных, соответственно ГОСТ для них принято использовать кабели бело-голубого или просто голубого цвета.

При совмещении нулевого провода с заземлением используются полосатые жёлто-зелёные кабели с концами проводов, обозначенными синим цветом:

Рисунок 2. Маркировка нулевого провода

Что такое заземление и нулевой провод

Зачем нужно заземление и нейтральный провод?

В процессе монтажа электрической сети в квартире или в доме вы неизбежно столкнётесь с вопросом что такое нулевой провод и заземление и в чем их отличие? Ведь без четкого понимания данного вопроса смонтировать электрическую сеть, полностью отвечающую нормам ПУЭ (Правила устройства электроустановок) достаточно сложно. Поэтому в нашей статье мы постараемся разобраться с данным вопросом и приведем основные правила монтажа этих цепей.

Что такое заземление и нейтральный провод

Прежде всего давайте разберемся, что такое нулевой и что такое защитный провод, в чем их отличия и в чем предназначение? Исходя из этого нам проще будет понимать правила их подключения и те требования которые к ним предъявляет ПУЭ.

Что такое нулевой провод

Прежде всего остановимся на нулевом или как его еще называют нейтральном проводе. Согласно п. 1.7.35 ПУЭ он предназначен для питания электроприемников и соединен с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

Что такое нулевой провод?

• Если же говорить простым языком и отбросить некоторые не столь важные для нас нюансы, то нулевой провод — это проводник, соединенный с заземленной частью трансформатора или генератора от которого вы получаете питание.
• В однофазной сети, которая используется у нас практически во всех частных домовладениях и квартирах, для работы электроустановок обязательно необходим фазный и нулевой провод. Нулевой провод по сути непосредственно соединен с землей и в идеале имеет нулевой потенциал. То есть напряжения на нем нет.

Обратите внимание! Напряжения на нулевом проводе нет если он соединен с землей. Если эта связь по какой-либо причине нарушена, то во время работы электроустановки он оказывается под напряжением равном фазному. То есть для однофазной сети равном 220В.

• На схемах нулевой провод обозначается символом «N». Старая советская инструкция рекомендовала применять обозначение «0» и его еще можно встретить на некоторых схемах. А сам провод согласно п.1.1.30 ПУЭ должен быть выполнен проводом синего цвета.

Что такое заземление?

Заземление или защитный проводник согласно п. 1.7.34 ПУЭ предназначен исключительно для целей электробезопасности. В нормальных условиях он не находится под напряжением и выполняет роль проводника только в случаях нарушения изоляции фазного или нулевого проводника. При этом на самой электроустановке он снижает потенциал до безлопастного.

Зачем нужно заземление?

• Если говорить простым языком, то заземление необходимо только на случай поломки. Например, у вас произошел пробой изоляции стиральной машинки. Если она не будет заземлена, то прикосновение к ней равноценно прикосновению к фазному проводу. Если же она будет заземлена, то нечего не произойдет, так как избыточный потенциал через заземление уйдет в землю.
• Заземление может выполняться по разным схемам в зависимости от ваших возможностей и схемы питающей сети. Данный вопрос мы рассмотрим ниже.
• Защитный проводник на схемах принято обозначать символами «PE». Сам же проводник должен быть выполнен из провода желто-зеленого цвета.
• На некоторых схемах вы можете встретить обозначение «PEN». Это обозначает совмещение нулевого и защитного проводов. О нем мы поговорим чуть ниже. Цвет такого провода согласно п.1.1.29 ПУЭ должен быть голубым с желто-зелеными полосами на концах.

Схемы подключения нейтрального провода и заземления

Теперь вы знаете как отличить нулевой провод от заземления и понимаете, что и то, и другое является соединением с землей. Теперь можно рассмотреть возможные схемы подключения нейтрального провода и заземления. Все они четко оговорены в п.1.7.3 ПУЭ. Мы рассмотрим только схемы с глухозаземленной нейтралью которые применяются в наших электрических сетях.

На фото представлена система ТТ

Итак:

• Прежде всего рассмотрим систему ТТ в которой нейтральный провод подключен к заземлению трансформатора, а заземление к независимому источнику. Этот метод применяется очень редко, да и цена монтажа такой системы является наиболее высокой.
• Значительно чаще используются системы типа ТN в которых используются PEN проводники. То есть на всем протяжении или на отдельных участках нулевой и защитный проводники проложены одним проводом, либо подключаются к одной точке заземления.

Система TN-S

• Наиболее оптимальной в данном случае в вопросах электробезопасности является система TN-S. В ней нулевой и защитный проводники подключены к единой точке заземления, но на всей протяженности выполнены отдельными проводниками.

Система TN-C

• Значительно чаще можно встретить систему TN-C, которую достаточно просто реализовать своими руками. В ней нейтральный провод и заземление выполнены одним проводом по всей длине. Но это наименее безопасный вариант с точки зрения электробезопасности.

Система TN-C-S

• И последним возможным вариантом является система TN-C-S. Как понятно из названия она совмещает в себе две предыдущие системы. То есть на одном участке выполнена совместная прокладка нейтрали и заземления, а на втором участке они разделены.

Правила подключения нейтрального провода и заземления

Зная возможные схемы подключения заземления и нулевого провода можно говорить о правилах и требованиях к их подключению. Ведь они хоть и не значительно, но разняться. Кроме того, мы надеемся, что объясним часто встречающийся вопрос зачем заземлять нулевой провод.

• Прежде всего поговорим о системе ТТ. Согласно п.1.7.59 ПУЭ данная система может применяться только в исключительных случаях, когда не одна из систем TN не может обеспечить должный уровень защиты.

Обратите внимание! При использовании системы ТТ обязательно применение автоматов УЗО. Причём нормы ПУЭ предъявляют к ним отдельные требования по току срабатывания.

• Но и для системы TN все не так просто. Согласно п.1.7.61 ПУЭ на вводе в здание или в электроустановку они должны иметь повторное заземление. Давайте разберемся зачем это необходимо.
• В системе TN как мы уже знаем, нулевой и защитный проводники монтируются одним проводом. В случае обрыва этого совместного провода получается, что нулевой и защитный провод образуют единое целое. Ведь они не соединены с землей.
• Если у нас нет соединения с землей, то как мы уже знаем при включении любого электроприбора или даже лампочки нулевой провод оказывается под фазным напряжением.
• Но для системы TN нулевой и фазный провод частично или полностью объединены. То есть провод заземления тоже оказывается под фазным напряжением. А фазный провод у нас подключен к корпусу нашей стиральной машины, фена, холодильника и другого электрооборудования. Выходит, и на их корпусе появится фазное напряжение. И при прикосновении к ним вы получите удар электрическим током.

Зачем выполнять повторное заземление?

• Именно исходя из этих соображений повторное заземление нулевого провода по ПУЭ для систем TN обязательно. Ведь такое повторное заземление снижает риск подобных случаев. А если оно выполнено у всех электропотребителей, то вероятность подобных случаев становится еще ниже.
• Кроме того, нормы ПУЭ в многоэтажных зданиях требуют присоединения PEN шины к шине уравнивания потенциалов, которая согласно п.1.7.82 ПУЭ должна соединяться со всеми заземленными проводниками в доме.
• Отдельные требования ПУЭ предъявляет к потребителям, которые подключены к электрической сети при помощи воздушной линии. Контур повторного заземления нулевого провода и заземления для таких потребителей должен быть оборудован согласно п.17.101 и 1.7.102 ПУЭ.
• Для таких потребителей нормируется не только сопротивление искусственного заземлителя, но и предъявляются требования к его материалу, а также сечению и толщине. Ведь на воздушных линиях обрыв одного провода значительно более вероятно.

Вывод

Как видите вопрос правильного выполнения заземления и монтажа нулевого провода достаточно многогранен. Мы уделили внимание лишь основным аспектам и попытались разъяснить назначение данных проводников. Более детальную информацию по поводу монтажу заземления, зануления и контуров заземления вы можете получить в следующих статьях на нашем сайте, а также на видео.