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 1 000 В работают как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью (рис. 1) 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 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 /доп, который, протекая в течение 1...2 ч, не вызывает перехода в междуфазное короткое замыкание. Значение /дол 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 /доп = = 10 А, для кабелей напряжением 10 кВ — /доп = 20 А.

В России с изолированной нейтралью работают следующие сети: трехфазные сети напряжением 3...35 кВ; трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1 000 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. 2. 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. 2) 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 110 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.

Рис. 3. Включение лампы на фазное напряжение в трехфазной четырехпроводной сети:
1 — патрон; 2 — нарезка патрона, подключаемая к нулевому проводу; 3 — выключатель, устанавливаемый только в фазный провод; 4 — пяточка лампы, подключаемая к фазному проводу

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. 3).