Вопросы безопасности, связанные с нейтралями электроустановок

Нейтралью называют общую точку обмоток многофазных гене­раторов, трансформаторов, а также провод, соединенный с этой точкой. Заземленная нейтральная точка (или провод) называется нулевой. Конструктивное исполнение заземления нейтралей или изолирования их от земли оказывает большое влияние на без­опасность эксплуатации электроустановок.

Электроустановки трехфазного переменного тока напряжени­ем до и выше 1000 В работают как с изолированной, так и с за­земленной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью (рис. 1.5) нейтрали генераторов и трансформаторов изолированы от земли или связаны с заземляющим устройством через аппараты, имею­щие большое сопротивление (например, трансформаторы напря­жения), либо через реакторы и катушки, компенсирующие емко­стный ток сети.

При нарушении изоляции одной фазы в какой-либо точке сети с изолированной нейтралью возникает однофазное замыкание на землю. Напряжение этой фазы относительно земли становится рав­ным нулю, напряжение двух других фаз относительно земли — равным междуфазному напряжению, а зарядные токи этих двух фаз увеличиваются в 3 раза по сравнению с зарядным током од­ной фазы в нормальном режиме работы.

 

Рис. 1.5. Сеть с изолированной нейтралью:

а — нейтраль полностью изолирована; б — в нейтраль включена катушка, ком­пенсирующая емкостный ток сети; в — в нейтраль включена обмотка трансфор­матора напряжения; 1 — нейтраль; 2 — компенсирующая катушка; 3 — транс­форматор напряжения

Из-за малой величины ток замыкания практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режим работы приемни­ков электроэнергии. Поэтому при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью допускается не отключать линию пи­тания в течение 2 ч, необходимых для обнаружения места по­вреждения и устранения замыкания.

Для исключения перехода однофазного замыкания в между­фазное определяют допускаемый ток I_доп., который, протекая в течение 1...2 ч, не вызывает перехода в междуфазное короткое замыкание. Значение I_доп. находится в пределах от 5 до 30 А. Ниж­ний предел принят для генераторов, верхний — для кабелей на­пряжением 6 кВ. Для воздушных линий напряжением 35 кВ I_доп. = 10 А, для кабелей напряжением 10 кВ — I_доп. = 20 А.

В России с изолированной нейтралью работают следующие сети:

трехфазные сети напряжением 3...35 кВ;

трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В;

двухпроводные сети постоянного тока напряжением до 1000 В;

все сети напряжением до 1000 В, для которых требуются за­щитные меры, не связанные с защитным заземлением (напри­мер, двойная изоляция) по условиям охраны труда.

 

Рис. 1.6. Сеть с заземленной нейтралью:

а — глухое заземление нейтрали; б — глухое заземление нейтрали через транс­форматор тока; в — трехфазная четырехпроводная сеть с заземленным нулевым проводом; 1 — нейтраль; 2 — заземление; 3 — трансформатор тока; 4 — нулевой провод

 

В сети с заземленной нейтралью (рис. 1.6)нейтрали генерато­ров и трансформаторов присоединены к заземляющим устрой­ствам непосредственно или через малое сопротивление (напри­мер, трансформатор тока). Заземление нейтрали является рабо­чим, оно обеспечивает работу электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Если ток замыкания на землю превышает допустимый для эле­ментов данной сети, то для снижения основной емкостной со­ставляющей тока в месте повреждения нейтраль соединяют через настроенные индуктивности (дугогасящие катушки), благодаря чему ток в месте замыкания может оказаться равным нулю. Дугогасящие катушки, существенно уменьшая ток замыкания на зем­лю, исключают возможность возникновения устойчивой дуги и уменьшают вероятность перехода замыкания фазы на землю в междуфазное короткое замыкание. Такие сети называют сетями с резонансно-заземленной нейтралью.

В сетях с глухозаземленной нейтралью большие токи однофаз­ного короткого замыкания являются причиной усложнения и удо­рожания заземляющих устройств, но при этом изоляция фазных проводов может быть рассчитана на фазное напряжение (а не на междуфазное, как в предыдущих двух случаях), что особенно су­щественно при напряжениях 110 кВ и выше.

Для повышения надежности питания потребителей при частых отключениях из-за замыканий на землю эффективно применять автоматическое повторное включение.

Для ограничения тока короткого замыкания до значений, не превышающих ток трехфазного короткого замыкания, в системах электроснабжения применяют заземление нейтралей не всех ра­ботающих трансформаторов, а только их части. Число заземлен­ных нейтралей регулируется диспетчером системы электроснаб­жения.

Для возможности разземления нейтралей применяют однопо­люсные заземлители ЗОН, параллельно с которыми устанавлива­ются разрядники. Разрядник защищает изоляцию нулевых выво­дов обмоток на случай работы с разземленной нейтралью. Этот разрядник выбирают по классу изоляции на одну ступень ниже линейной изоляции.

В России глухое заземление нейтрали применяют:

в сетях напряжением ПО кВ и выше;

четырехпроводных сетях на 380/220 В;

трехпроводных сетях постоянного тока.

В электроустановках напряжением свыше 1000 В прикоснове­ние к фазе весьма опасно при любом режиме нейтрали. В электри­ческих, сетях напряжением 3...35 кВ нейтрали источников пита­ния, как правило, изолированы или связаны с заземляющим ус­тройством через аппараты, имеющие большое индуктивное сопротивление (например, реакторы). Электрические сети напряжением 110 кВ и выше работают с глухим за­землением нейтралей трансформато­ров.

Электроустановки напряжением до 1000 В питаются в основном от сетей двух типов: трехпроводных с нейтралью, полностью изолированной от земли или соеди­ненной с ней через сопротивление; четырехпроводных с глухозаземленной нейтралью. В сетях второго типа четвертый провод со­единен с заземленной нейтралью и является рабочим проводом, с его помощью потребителей (осветительную нагрузку) включа­ют на фазное напряжение (рис. 1.7).

 

Рис. 1.7. Включение лампы на фазное на­пряжение в трехфазной четырехпроходной сети:

1 — патрон; 2 — нарезка патрона, подклю­чаемая к нулевому проводу; 3 — выключа­тель, устанавливаемый только в фазный про­вод; 4 — пяточка лампы, подключаемая к фазному проводу

 

Контрольные вопросы

1. Назовите основные типы электростанций и расскажите о принципе выработки электроэнергии в каждом случае.

2. Какие нетрадиционные способы получения электрической энергии вы знаете?

3. Перечислите меры защиты окружающей среды при эксплуатации электростанций.

4. Перечислите основные элементы системы электроснабжения и ука­жите назначение каждого из них.

5. Какие требования предъявляются к системам электроснабжения?

6. Что понимают под внешним и внутренним электроснабжением пред­приятия?

7. Охарактеризуйте современное состояние электроэнергетики Рос­сии.

8. Как обозначают электрооборудование и аппаратуру в схемах элект­роснабжения промышленных предприятий?

9. Как влияют энергетические сооружения на окружающую среду?

10. Для чего и какими способами выполняют заземление нейтралей в электрических сетях?

 

Раздел 2