Что такое нейтраль источника питания
Классификация нейтралей в сетях и электроустановках
Нейтралью называют соединение трансформаторных или генераторных обмоток в одной точке, при соединении трехфазной электрической сети переменного тока звездой. Если концы обмоток соединены треугольником, применяют схему «скользящего треугольника».
Через этот проводник протекает ток, в случае аварийной ситуации или при технологическом перекосе фазных значений, важно понимать, какой режим выбран для нейтрали.
Виды нейтралей в сетях
В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:
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:
Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:
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.
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.
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.
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.
Изолированная нейтраль
Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.
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
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.
Виды нейтралей в электроустановках
Использование нейтрали в электроустановках – способ сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность обслуживающего персонала при авариях. Предусмотрено применение следующих заземлительных систем:
Далее – детальнее о каждом из перечисленных способов.
Изолированный заземлитель
В данном случае нейтраль отсутствует. Проводники соединяют треугольником, при отсутствии нулевого вывода. Если возникают однофазные пробои на землю, изменения энергопотребления рабочими фазами не происходит. Используют для установок с характеристиками напряжения от 6 до 35 кВ.
Резонансно-заземленная система
Нулевой провод подключают посредством трансформаторной или генераторной обмотки, с дугогасящими катушками(катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью. Используемое оборудование снижает ток, предотвращая масштабные повреждения установки.
Глухозаземленная сеть
Наиболее распространенный способ, используемый для установок бытового назначения. Низковольтные контакты трансформаторных обмоток соединяют разомкнутой звездой, при заземлении нулевого провода посредством контура трансформатора или подстанции. При возникновении пробоя, создаваемый потенциал с землей включает защиту, выключающую устройство.
Эффективно-заземленная сеть
Применяют для сетей с напряжением более 110 кВ. Нейтраль выводят на землю через заземлитель одноколонкового типа (ЗОН). Это оборудование снижает значение токов, возникающих при пробое.
Использование нейтрали – один из способов, чтобы сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность персонала. Выбор оптимальной методики зависит от множества факторов и влияет на эффективность данной защиты в конкретной ситуации.
Что такое глухозаземленная нейтраль — определение простым языком
Что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и область применения. Классификация сетей с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
Глухозаземленная нейтраль является частью системы электроснабжения потребителей, она направлена на безопасное использование сетей до 1000 Вольт, которые чаще всего применяются в быту и на производстве в качестве источника стандартного уровня низкого напряжения — 0,38кВ, 0,22кВ и ниже. Нейтраль — это общая точка соединения обмоток звездой у источников электроэнергии, которыми являются трансформаторы или же генераторы. Если эту точку соединить с землёй, то и получится сеть с глухозаземлённой нейтралью. В нулевой точке происходит выравнивание потенциалов, что очень удобно для обеспечения электроэнергией и однофазных, и трехфазных источников.
Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью
Принцип работы источников электроэнергии, в частности, понижающих трансформаторов основан на законе взаимоиндукции и передаче энергии по магнитному сердечнику. Первичная обмотка при этом может и не иметь нулевого провода, в отличие от вторичной, где соединение его с нулём через проводник с низким сопротивлением, который можно приравнять с нулевым значением, будет являться эффективным средством защиты от поражения человека опасным для его жизни и здоровья напряжением.
Главной особенностью сетей с глухозаземлённой нейтралью является появление не только линейного, но и фазного напряжения. Что это такое и чем оно отличается друг от друга, рассмотрим на примере простой принципиальной схемы.
Фазное напряжение — это потенциал между одним из проводов линии и нулевой точкой, присоединенной к земле, то есть наглухо заземлённой. Линейное напряжение — разница потенциалов между двумя выводами линий, то есть L1 и L2, L1-L3, или же L2-L3, называется оно также межфазное. Такие источники электрической энергии в бытовых условиях имеют распространенное значение напряжения в виде 380 В — линейного, и 220 — фазного. Линейное напряжение больше фазного на √3, то есть на 1,72.
Но основная задача такой системы это не только транспортировка к потребителям напряжений двух значений при разном количестве фаз в одной системе электроснабжения, но и защита человека при пробое изоляции и появлении напряжения в точках, которые в нормальном состоянии не имеют опасного потенциала. В жилых зданиях это:
Также для обеспечения безопасности все перечисленные выше элементы должны быть заземлены, именно в этом случае опасность от использования напряжения и применения бытовых приборов в сетях с глухозаземлённой нейтралью будет минимальна. При этом для таких цепей обязательна равномерность распределения однофазных нагрузок.
Объяснение для чайников
Понижающая подстанция, в которой установлен трансформатор, имеет свой контур заземления. Он соединен между собой стальными шинами и прутами, в один заземляющий контур. К потребителям в электрический щиток от подстанции прокладывается кабель, который содержит четыре жилы. Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо ко всем жилам. В однофазное сети 220 В питание будет осуществляется от нулевого провода и от одной из фаз. Защита людей в однофазных и трехфазных цепях, если нет системы заземления, должна осуществляется за счёт специальных устройств защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при небольшой утечке на ноль, при этом отключают надёжно потребителя от сети.
Классификация сетей с глухозаземлённой нейтралью
Современная система электроснабжения имеет стандартную маркировку где помимо рабочего нулевого проводника присутствует и защитный, что и даёт определение степени защищённости.
Существуют несколько подсистем в цепях с источником энергии, имеющим глухозаземлённую нейтраль:
Важно знать
Для электроснабжения однофазных и трёхфазных потребителей в промышленности и в бытовых условиях используют так называемое зануление, которое «якобы» является действенным методом, обеспечивающим автоматическое отключение электроустановки или части её, в которой произошло короткое замыкание. При занулении в цепях с глухозаземлённой нейтралью к нулевому проводу подключаются все металлические части и корпуса электрооборудования. Как работает данная защита? Дело в том что при любом коротком замыкании на корпус цепь переходит в режим короткого замыкания, ток в цепи автоматического выключателя сильно увеличивается и аварийный участок отключается от сети.
Преимуществом такой системы являются экономия расходов на проводку защитного заземления, а также снижение стоимости кабельной продукции, так как к одной и той же цепи можно подключить и однофазные и трёхфазные электроприёмники.
Однако недостатком глухозаземлённой нейтрали, организованной по принципу защитного зануления, можно назвать недостаточность обеспечения защиты человека при пробое изоляции на корпус электроприбора во время обрыва нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно организовываться в домашних условиях ни в коем случае не должно!
Современное электроснабжение всё-таки направлено больше на безопасность, поэтому требует установки УЗО и отдельного защитного заземляющего контура, через который даже самые незначительные токи утечки будут уходить в землю, при этом не подвергая человека опасности.
Теперь вы знаете, что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и в каких сетях она применяется. Если остались вопросы, можете задавать их в комментариях под статьей!
Назначение нейтрали. Режимы работы нейтралей в электрических сетях
Что такое глухозаземленная нейтраль?
Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.
Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»
Если нейтраль обмоток генератора или трансформатора заземлить, то такая система получит название глухозаземленной, с ее организацией можно ознакомиться ниже.
Рис. 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью
Изолированная нейтраль
Изолированная нейтраль нашла достаточно широкое применение в отечественных энергетических системах. Данный способ заземления применяется для генераторов или трансформаторов. В этом случае их нейтральные точки не соединяются с заземляющим контуром. В распределительных сетях на 6-10 киловольт нейтральной точки может не быть вообще, поскольку соединение трансформаторных обмоток выполняется методом треугольника.
В соответствии с ПУЭ, режим изолированной нейтрали может быть ограничен емкостным током, представляющим собой ток однофазного замыкания на землю сети. Его компенсация с помощью дугогасящих реакторах предусматривается при следующих значениях:
Устройство сетей с голухозаземленной нейтралью
Как видно из рисунка 2, характерной особенностью электросетей TN типа является заземление нейтрали. Заметим, что в данном случае речь идет не о защитном заземлении, а о рабочем соединении между нейтралью и заземляющим контуром. Согласно действующим нормам, максимальное сопротивление такого соединения — 4-е Ома (для сетей 0,4 кВ). При этом нулевой провод, идущий от глухозаземленной средней точки, должен сохранять свою целостность, то есть, не коммутироваться и не оборудоваться защитными устройствами, например, предохранителями или автоматическими выключателями.
В ВЛ до 1-го кВ, используемых в системах с глухозаземленной нейтралью, нулевые провода прокладываются на опорах, как и фазные. В местах, где делается отвод от ЛЭП, а также через каждые 200,0 метров магистрали, положено повторно заземлять нулевые линии.
Пример устройства сети TN-C-S
Если от трансформаторных подстанций отводятся кабели к потребителю, то при использовании схемы с глухозаземленной нейтралью, длина такой магистрали не может превышать 200,0 метров. На вводных РУ также следует подключать шину РЕ к контуру заземления, что касается нулевого провода, то необходимость в его подключении к «земле» зависит от схемы исполнения.
Преимущества и недостатки изолированной нейтрали
Сегодня в электроустановках используется два защитных механизма — изолированная и глухозаземленная нейтраль. Главное преимущество заключается в отсутствии необходимости экстренного отключения первого однофазного замыкания на землю. Также следует помнить, что в области повреждения электросети создается небольшой ток, но это справедливо только при низкой токовой емкости на землю. Однако есть несколько недостатков, из-за которых изолированная нейтраль используется сравнительно редко:
Все эти недостатки полностью нивелируют преимущества такого способа заземления нейтрали. В то же время этот метод защиты в некоторых ситуациях продолжает оставаться эффективным и не противоречит нормам ПУЭ.
Например, изолированная нейтраль может стать хорошим решением для защиты высоковольтных линий, так как позволяет избежать аварийного отключения. В свою очередь, требованиям защиты сетей конченого потребителя электроэнергии он не удовлетворяет.
Технические особенности
В данной системе, где используется общая средняя точка, помимо межфазного присутствует и фазное напряжение. Последнее образуется между рабочим нулем и линейными проводами. Наглядно отличие первого от второго продемонстрировано ниже.
Разница между фазным и линейным напряжением
Разность потенциалов UF1, UF2 и UF3 принято называть фазными, а величины UL1, UL2 и UL3 – линейными или межфазными. Характерно, что UL превышает UF примерно в 1,72 раза.
В идеально сбалансированной сети трехфазного электрического тока должны выполняться поддерживаться следующие соотношения:
На практике добиться такого результата невозможно по ряду причин, например из-за неравномерной нагрузки, токов утечки, плохой изоляции фазных проводников и т.д. Когда нейтраль заземлена, дисбаланс линейных и фазных характеристик энергосистемы существенно снижается, то есть, рабочий ноль позволяет выравнивать потенциалы.
Обрыв нулевого провода считается серьезной аварией, которая с большой вероятностью приведет к нарушению симметрии нагрузки, более известной под термином «перекос фаз». В таких случаях в сетях однофазных потребителей произойдет резкое увеличение амплитуды электрического тока, что с большой вероятностью выведет из строя оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В. Получить более подробную информацию о перекосе фаз и способах защиты от него, можно на страницах нашего сайта.
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:
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.
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.
Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной
Чтобы дать объяснить различие необходимо, кратко рассказать об основных особенностях изолированной нейтрали, пример такого исполнения приведен ниже.
Рис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью
Как видно из рисунка при данном способе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообще отсутствует), поэтому открытые проводящие части (далее по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество такой системы заключается в том, что при первом однофазном замыкании можно не производить защитное отключение. Это несомненный плюс для высоковольтных линий, поскольку обеспечивается более высокая надежность электроснабжения. К сожалению, такой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.
Низкий уровень электробезопасности основной, но не единственный недостаток изолированной нейтрали, с их полным списком, а также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем сайте.
Системы с изоляцией от земли
Работа высоковольтных сетей с эффективно заземленной нейтралью изоляционного типа является распространенной в различных регионах России. В этом случае нейтральная точка в трансформаторе или генераторе с трехфазной обмоткой не заземляется. Популярность подобного варианта включения нейтрали объясняется тем, что замыкание на землю фазы не является коротким, т. к. попросту отсутствует взаимосвязь с грунтом.
Особенность же заключается в том, что ВЛ в таком аварийном режиме работает без существенных поломок на протяжении нескольких часов. Среди достоинств такой схемы отмечено также наличие малых токов в точке замыкания ОЗЗ (одна фаза на землю). Объясняется такой принцип небольшой емкостью сети по отношению к грунту.
Важно! Подобный тип включения имеет токи ОЗЗ на порядок ниже в сравнении с межфазными замыканиями. Это очередное преимущество обозначенных сетей.
Отсутствует необходимость во включении защитных быстродействующих устройств от ОЗЗ, в результате чего снижаются затраты при эксплуатации систем. Не обойтись и без недостатков при подключении:
Вам это будет интересно Кабель ВВГнг A LS: расшифровка маркировки и характеристики
Выбирая описанный тип подсоединения нейтральной точки, следует учитывать все его преимущества и недостатки, тщательно продумать последствия от возможных аварийных ситуаций.
Системы TN и её подсистемы
Начнем с аббревиатуры. Первые две буквы характеризуют вариант исполнения заземления для нейтрали и ОПЧ соответственно. Варианты для первой литеры:
Варианты вторых литер говорят об исполнении заземления ОПЧ: N или Т, используется глухозаземленная нейтраль или независимый контур, соответственно.
Сейчас практикуется три схемы нейтрали:
Схема заземления ТТ
У последнего варианта исполнения есть три подвида:
Схема заземления TN-С
Схема заземления TN-S
Схема заземления TN-C-S
Система TN-S
Самые дорогостоящие в реализации, но самые удобные и надёжные системы заземления — это системы TN-S, которые монтируются вместе с трансформаторами с глухозаземлённой нейтралью.
Для системы TN-S заземляющий и нулевой провода соединяются в трансформаторной подстанции. На всем протяжении больше эти проводники не связаны между собой.
К потребителю, будь то квартира или дом, приходит два независимых друг от друга проводника нулевой рабочий N и нулевой защитный PE.
Для бОльшей надёжности заземляющий провод РЕ может соединяться с контуром заземления на вводе в здание.
Это самый простой в эксплуатации тип защиты. При его монтаже отсутствуют высокие требования к контуру заземления здания.
Недостаток этой системы в необходимости вместо четырёх проводов (L1,L2,L3,РЕN) использовать пять, где пятым проводом является заземляющий PE, однако это перекрывается повышенной безопасностью эксплуатации. Поэтому новые воздушные и кабельные линии электропередач прокладываются пятижильными кабелями и проектируются по системе TN-S.
Требования ПУЭ
В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:
Достоинства и недостатки метода
Система имеет как плюсы, так и минусы.
К достоинствам можно отнести следующие факты:
К минусам стоит отнеси:
3-фазная сеть с глухозаземленной нейтралью
Немного о применении метода заземления с глухозаземленной нейтралью: его не выбирают для создания подземных или воздушных сетей среднего напряжения в Европе, зато активно используют в распределительных сетях североамериканских объектов. Целесообразно использование глухозаземленной нейтрали в случаях маломощности источника при коротком замыкании.