Электрические сети играют важную роль в обеспечении надежного и бесперебойного электроснабжения потребителей. Правильный выбор режима нейтрали позволяет повысить надежность работы электрических сетей и электроустановок. В данной статье мы подробно рассмотрим различные режимы нейтрали, их достоинства и недостатки.
Понятие нейтрали в электрических сетях
Нейтраль представляет собой точку в трехфазной системе, соединяющую начала или концы обмоток источника трехфазного тока (генератора или трансформатора). Режим нейтрали оказывает значительное влияние на работу трехфазных электрических сетей.
Основные функции нейтрали:
- Обеспечение работы однофазных нагрузок в трехфазных сетях.
- Возврат токов несимметрии при нарушении симметрии нагрузок или авариях.
- Влияние на величину токов однофазного замыкания на землю.
Выбор режима нейтрали влияет на:
- Надежность электроснабжения потребителей.
- Уровень напряжений прикосновения и шага.
- Требования к изоляции электрооборудования.
- Чувствительность защиты при замыканиях на землю.
Таким образом, режим нейтрали является одним из ключевых факторов, определяющих работу трехфазных электрических сетей.
Классификация режимов нейтрали
Существует несколько основных режимов нейтрали, применяемых в электрических сетях:
- Глухозаземленная нейтраль. Нейтраль генератора или трансформатора непосредственно заземлена. Этот режим используется в сетях напряжением до 1 кВ. При замыкании на землю происходит протекание больших токов, срабатывают защиты.
- Изолированная нейтраль. Нейтраль не подключена к земле. Применяется в сетях 1-35 кВ. При замыкании на землю токи невелики, электроснабжение сохраняется. Напряжение на неповрежденных фазах возрастает.
- Компенсированная нейтраль. Нейтраль заземлена через дугогасящий реактор, компенсирующий емкостной ток замыкания на землю. Применяется в сетях 6-35 кВ. Снижает токи при замыканиях.
- Резистивно-заземленная нейтраль. Нейтраль заземлена через резистор. Позволяет регулировать ток замыкания на землю. Используется в сетях 6-35 кВ.
- Резонансно-заземленная нейтраль. Нейтраль заземлена через резонансный контур. Применяется в сетях 6-35 кВ. При резонансе токи замыкания снижаются.
- Эффективно заземленная нейтраль. Часть нейтралей заземлена, часть изолирована. Используется в сетях 110 кВ и выше. Ограничивает токи замыкания.
Таким образом, классификация режимов нейтрали позволяет выделить основные способы заземления нейтрали, применяемые на практике. Каждый из режимов имеет свои достоинства и недостатки.
Режимы нейтрали в сетях напряжением до 1 кВ
В сетях напряжением до 1 кВ наибольшее распространение получили следующие системы выполнения нейтрали:
- TN - заземление открытых проводящих частей электроустановки выполнено от источника питания;
- TT - заземление открытых проводящих частей электроустановки выполнено на отдельный заземлитель;
- IT - открытые проводящие части электроустановки изолированы от земли.
Наиболее распространен в сетях до 1 кВ режим глухозаземленной нейтрали. При этом нейтраль трансформатора или генератора непосредственно заземлена.
Основным преимуществом глухозаземленной нейтрали в сетях до 1 кВ является обеспечение электробезопасности. При замыкании на корпус протекает большой ток, срабатывают защиты и происходит быстрое отключение аварийного участка.
В некоторых сетях до 1 кВ применяется режим изолированной нейтрали. Его достоинством является возможность сохранения электроснабжения при замыканиях на землю. Однако такой режим требует принятия дополнительных мер для обеспечения электробезопасности.
Для защиты от поражения электрическим током в сетях до 1 кВ используется система защитного заземления. Заземляются корпуса электрооборудования, нулевые защитные проводники.
Таким образом, в сетях низкого напряжения преимущественно применяется глухозаземленная нейтраль, обеспечивающая наибольшую электробезопасность.
Режимы нейтрали в сетях 1-35 кВ
Сети напряжением 1-35 кВ имеют ряд особенностей:
- Выполняют функции распределения электроэнергии на средние расстояния.
- Являются основными питающими сетями для промышленных предприятий.
- Имеют радиальную или магистральную структуру
- К ним предъявляются повышенные требования по надежности электроснабжения.
В сетях 1-35 кВ наиболее широко применяется режим изолированной нейтрали. Его преимущества:
- Отсутствие перерывов электроснабжения при замыканиях на землю.
- Ограничение токов однофазных замыканий.
- Возможность длительной работы при неустойчивых замыканиях.
Однако изолированная нейтраль требует усиления изоляции оборудования и ограничения времени работы при замыканиях.
Компенсированная нейтраль в сетях 1-35 кВ
Применение дугогасящих реакторов в нейтрали позволяет уменьшить токи однофазного замыкания на землю за счет компенсации емкостного тока. Это повышает надежность работы сети при таких замыканиях. Однако требуются дополнительные затраты на реакторы в нейтрали.
Резистивное и резонансное заземление нейтрали
Для регулирования токов однофазного замыкания в сетях 1-35 кВ может применяться резистивное или резонансное заземление нейтрали. Это позволяет снизить уровень токов замыкания и напряжений на оборудовании. Выбор вида заземления зависит от параметров сети.
Режимы нейтрали в сетях 110 кВ и выше
Основной режим нейтрали, применяемый в сетях 110 кВ и выше - эффективно заземленная нейтраль. При этом часть нейтралей трансформаторов заземлена, а часть - изолирована. Это позволяет ограничивать токи однофазных замыканий на землю.
Выбор точек заземления нейтрали
Выбор точек заземления нейтрали в сетях 110 кВ и выше производится на основе расчетов распределения токов замыкания с учетом обеспечения селективности защиты. Количество заземленных нейтралей определяется исходя из допустимых токов однофазного КЗ.
Защита оборудования в сетях 110 кВ и выше
Для защиты оборудования в сетях с эффективно заземленной нейтралью применяются:
- Ограничители перенапряжений в нейтрали трансформаторов.
- Продольная емкостная компенсация для ограничения перенапряжений.
- Токоограничивающие реакторы в нейтрали.
Эти меры позволяют повысить надежность работы электросетевого оборудования в режиме эффективно заземленной нейтрали.
Режимы нейтрали трансформаторов
Выбор режима нейтрали трансформаторов зависит от класса напряжения:
- Трансформаторы 330-750 кВ - изолированная нейтраль.
- Трансформаторы 110-220 кВ - эффективно заземленная нейтраль.
- Трансформаторы 35 кВ - изолированная, резистивно заземленная.
- Трансформаторы 6-10 кВ - изолированная, компенсированная.
- Трансформаторы 0,4 кВ - глухозаземленная нейтраль.
Заземление нейтрали трансформаторов
Нейтрали трансформаторов заземляются:
- Непосредственно на заземлитель подстанции.
- Через резистор или реактор.
- Через высокоомный резистор (для защиты от феррорезонанса).
- Изолированно от земли.
Защита трансформаторов при различных режимах нейтрали
Для защиты трансформаторов применяются:
- При изолированной нейтрали - защита от повышения напряжения.
- При компенсированной нейтрали - защита от перегрузки дугогасящего реактора.
- При резистивном заземлении - контроль напряжения на резисторе.
- При глухозаземленной нейтрали - максимальная токовая защита.
Особенности защиты автотрансформаторов
Автотрансформаторы имеют глухозаземленную нейтраль. Для их защиты применяют продольную емкостную компенсацию и ограничители перенапряжений в нейтрали.
