Виды нейтрали в электрических сетях

Режимы работы нейтрали трансформатора, разновидности, достоинства и недостатки.

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

изолированная;
компенсированная;
высокоомное резистивное заземление;
низкоомное резистивное заземление;
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:

Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
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.

Системы заземления TN-S, TN-C, TNC-S, TT, IT

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» – комбинированный и раздельный.

T — заземление.
N — подключение к нейтрали.
I — изолирование.
C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

N — функциональный «ноль»;
PE — защитный «ноль»;
PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» – ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное – жизнь человека.

Виды нейтралей электроустановок

Нейтраль – та часть электроустановки, которая имеет нулевой потенциал относительно физической земли или ее токопроводящих элементов. Трехфазные цепи могут иметь как технологическую, имеющую физическое соединение с токопроводящими частями, так и конструктивную, отдельную от них нейтраль. Это зависит от способа соединения выходных обмоток силовых трансформаторов.

В первом случае – звездой, во втором – треугольником. Поскольку в этом проводнике течет ток, что происходит в результате или аварии, или технологического перекоса фаз, выражение «режим работы нейтрали» имеет полное право на существование. О том, каким он может быть, и о способах подключения нейтральных проводников пойдет речь в этой статье.

Режимы заземления нейтрали

В экзаменационных билетах по электробезопасности для монтеров, работающих с установками напряжением до 1000 вольт, есть вопрос: «С какой нейтралью должны работать электрические сети напряжением 10 кВ?» Правильный ответ: «С изолированной». Однако существуют и другие режимы работы нейтралей в электроустановках:

Эффективное заземление.
Глухое заземление.

От их выбора зависит множество факторов:

Бесперебойность электроснабжения.
Безопасность обслуживающего персонала и электроустановок в случае замыкания одной из фаз на землю.
Величины токов в местах повреждений.
Схема построения релейной защиты.

Различные типы электрических сетей по-разному подключаются к нейтрали и реагируют на аварийные ситуации.

Высоковольтные магистральные электросети

К ним относятся все электросети, линейное (между фазными проводниками) напряжение в которых превышает 35 кВ. Выходные (статорные) обмотки промышленных электрогенераторов соединяют треугольником. Это связано с меньшим уровнем электрических потерь и отсутствием технологического перекоса фаз, что напрямую влияет на качество подаваемой потребителям электрической энергии.

При однофазном пробое на физическую землю – в случае обрыва провода или изменения диэлектрических свойств изоляторов на опорах, происходит падение линейного напряжения до нуля в аварийной фазе и рост в 1,7 раза в работоспособных.

Чтобы избежать электрического пробоя изоляторов рабочих фаз и не увеличивать их без того немалые размеры, в этом случае применяется способ подключения, называемый «эффективной нейтралью». Он заключается в том, что на промежуточных силовых подстанциях выходные обмотки трансформаторов, использующиеся для обеспечения их внутренних нужд (например, обогрева, сигнализации), включаются по схеме «звезда», общий провод которой наглухо соединяется с физической землей.

В результате напряжение в неповрежденных фазах растет не более, чем в 1,4 раза, а ток короткого замыкания ограничивается на уровне, который недостаточен для срабатывания реле защиты. Это позволяет не прерывать электроснабжение на время большее, чем то, что определено нормативами правил эксплуатации электроустановок для различных типов потребителей.

Магистральные электросети среднего напряжения

Электрическая сеть, линейное напряжение в которой от 6 до 35 кВ. Обмотки силовых трансформаторов соединяются звездой. Нейтраль изолированная, она не имеет физического контакта с землей. Это делается по трем причинам:

Меньшие токи, что позволяет уменьшить размеры изоляторов – меньше вес, меньше нагрузка на опоры, возможна экономия при их производстве и монтаже.
В сетях с изолированной нейтралью токи между фазами имеют емкостной характер, поэтому при пробое одной из них не возникает короткого замыкания. Ток как бы стекает с поврежденного проводника на землю и рассеивается ею.
Нет необходимости тянуть четвертую линию, не имеющую функционального назначения.

В результате при аварии линейное напряжение растет в 1,7 раза, что для промежуточных силовых трансформаторов на линии не является критическим режимом. Электроснабжение продолжается по двум оставшимся линиям. Опасность представляет только оборванный провод в радиусе 10–30 метров – создается зона, где возможно возникновение так называемого шагового напряжения.

Однако при малом сопротивлении физической земли (в результате дождей, при прокладке электролинии по болотам) ток в поврежденном проводнике может достигнуть значения, достаточного для возникновения электрической дуги. В этом случае применяется так называемая компенсированная нейтраль.

Сущность компенсированной нейтрали заключается в том, что общий для всех обмоток провод все же имеет контакт с землей, но через сопротивление. Оно может иметь индуктивный или активный характер. В первом случае устройство называют дугогасящим реактором.

Ток, через него текущий, находится в противофазе с тем, который идет на физическую землю через поврежденный проводник. Они компенсируют друг друга, поэтому электрическая дуга не зажигается. Заземление нейтрали через резистор в нашей стране практически не применяется. А если и используется, то в качестве элемента, помогающего определить место повреждения – при его включении параллельно дугогасящему реактору происходит срабатывание релейной защиты на аварийном участке.

В нашей стране количество линий с компенсированной нейтралью равно 20% от числа всех электрических магистралей. А ее полную изоляцию используют еще только в Финляндии. Большинство европейских стран применяет подключение нейтрали через активное сопротивление большой величины.

Изолированная нейтраль также применяется в трехфазных сетях напряжением 0,4 кВ, которые прокладываются в шахтах, рудниках и на торфяных выработках. Везде, где пропуск электрического тока по физической земле может привести к поражению людей. А также в передвижных электроустановках при невозможности создания надежного контакта с заземлителем.

Низковольтные электрические сети

Все трехфазные электрические линии напряжением 0,4 кВ, от которых питаются конечные потребители, исполняются четырехпроводными. Это так называемые сети с глухозаземленной нейтралью. Выходные обмотки силовых линейных трансформаторов соединяются звездой, а их общий проводник – с физической землей. Делается это исходя из двух соображений:

При однофазном замыкании на землю происходит мгновенное отключение всей линии, что необходимо для предотвращения поражения людей и животных электрическим током. Для этого в ней между фазными проводниками устанавливаются автоматы, реагирующие на сверхтоки (короткое замыкание) или дифференциальный ток.
Кроме линейного напряжения в 380 (400) вольт, используется и фазное (между проводником и нейтралью), равное 220 вольт. При отсутствии надежного контакта с физической землей возможно возникновение технологического перекоса фаз, в результате которого у одного из потребителей на вводах будет 100–110 вольт, а у других – 290–300 вольт, что приводит к выходу из строя электрических приборов.

Если вы увидели на линии высокого напряжения оборванный провод, не подходите к нему близко, наверняка он находится под напряжением, поскольку в режиме изолированной нейтрали мгновенного отключения не происходит. И не относитесь к нейтральному проводнику четырехпроводной бытовой линии 0,4 кВ как к абсолютно безопасной железке. В случае неисправности или аварии по нему течет смертельно опасный ток.

Виды нейтралей в электрических сетях

Электрические сети, как известно, делятся в зависимости от класса напряжения – до и выше 1000В. Нейтраль – это общая точка обмоток у трансформаторов и генераторов, соединенных в звезду. Если же схема обмоток треугольник и необходим ноль, то можно вспомнить про схему «скользящий треугольник». Будем рассматривать только сети переменного тока.

Виды заземления нейтрали в сетях до 1кВ

В электрических сетях напряжением до 1000В принято использовать три системы заземления нейтрали – это TN, IT, TT. Каждая из букв несет определенный смысл, разберемся:

1-ая буква описывает способ заземления нейтрали источника питания
- T (terra) – нейтраль глухозаземленная
- I (isolate) – нейтраль изолирована (и – изолирована, легко запомнить)
- N (neutral) – ОПЧ заземлены через глухозаземленную нейтраль источника питания
- T – ОПЧ заземлены независимо от источника питания
В свою очередь система TN делится на три подсистемы – TN-C, TN-S и TN-C-S. В рамках данной подсистемы третьи буквы (C – combine, S – separe) обозначают совмещение или разделение в одном проводе функций нулевого защитного (PE) и нулевого рабочего (N) проводника.
Рассмотрим теперь каждую систему более подробно.
Система заземления TN
В этой системе нейтраль глухозаземлена, а открытые проводящие части заземлены через эту глухозаземленную нейтраль. Глухозаземленная – это значит что нейтраль присоединена непосредственно к заземляющему устройству (болтом, сваркой) или через малое сопротивление (трансформатор тока).
В сетях до 1кВ глузозаземленная нейтраль используется для питания однофазных и трехфазных нагрузок.
Система заземления TT
Система TT предполагает, что нейтраль источника питания глухозаземлена, а ОПЧ оборудования заземлены заземляющим устройством электрически несвязанным с нейтралью источника. То есть защитный PE-проводник создается у самого потребителя, а не идет от источника питания.
Система заземления IT
В системе IT нейтраль генератора или трансформатора изолирована или заземлена через устройства, имеющие высокое сопротивление, а ОПЧ заземлены независимо. Эта система не рекомендуется для жилых зданий, используется там, где при первом замыкании на землю не требуется перерыв питания. Это могут быть электроустановки с повышенными требованиями надежности снабжения электроэнергией.
Виды заземления нейтрали в электросетях выше 1кВ
В сетях напряжением выше 1000В используется изолированная (незаземленная) нейтраль, эффективно заземленная нейтраль и резонансно-заземленная нейтраль. Глухозаземленная нейтраль используется только в сетях до 1кВ.
Сети с незаземленной (изолированной) нейтралью
Исторически первая система заземления. Нейтральная точка источника питания не присоединена к заземляющему устройству. Обмотки соединены в треугольник и выходит, что нулевая точка отсутствует. Применяется на напряжение 3-35кВ.
Сети с эффективно-заземленной нейтралью
Этот вид заземления используется в сетях напряжением выше 110кВ. Достоинство заключается в том, что при однофазных замыканиях на неповрежденных фазах напряжение относительно земли будет равно 0,8 междуфазного в нормальном режиме работы. В этой системе сам контур заземления выполняется с учетом протекания больших токов КЗ, что делает его сложным и дорогим.
Сети с нейтралью, заземленной через резистор или реактор
Применяется в сетях 3-35кВ. Используется для уменьшения величины токов КЗ. Исторически был вторым способом заземления нейтрали. Заземление через резистор используется во всем мире, через реактор – в странах бывшего союза.
Заземление через реактор – при отсутствии замыкания ток через реактор мал. Когда происходит замыкание фазы на землю, то через место повреждения течет емкостной ток КЗ и индуктивный ток реактора. Если их величина равна, то в месте замыкания отсутствует ток (явление резонанса).
Заземление через резистор бывает низкоомным и высокоомным. Разница в величине тока, создаваемым резистором при замыкании на землю. Высокоомное применяется в сетях с малыми емкостными токами, в этом случае замыкание можно не отключать немедленно. Низкоомное заземление наоборот используется при больших емкостных токах.
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:
- Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
- I (изолят) – изолированной нейтрали.
Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:
- N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
- Т – независимое заземление.
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.
- сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
- сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
- сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.
Изолированная нейтраль
Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.
Изолированная нейтраль
Эффективно-заземленная нейтраль
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
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:
- изолированной;
- резонансно-заземленной;
- глухозаземленной;
- эффективно-заземленной.
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.
Трехфазные сети с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью
Режимы нейтрали электроустановок выбираются из общепринятой, устоявшейся мировой практики. Некоторые изменения и корректировки вносятся из особенностей государственных энергосистем, что связывается с финансовыми возможностями объединений, протяженностью сети и другими параметрами.
Вам будет интересно:Светодиодные занавесы: обзор, производители, виды и отзывы
Чтобы определить нейтраль и режим ее работы, достаточно ориентироваться в наглядных схемах электроустановок. Необходимо особое внимание уделить силовым трансформаторами и их обмоткам. Последние могут выполняться звездой или треугольником. Подробнее — ниже.
Треугольник предполагает изолированность нулевой точки. Звезда — наличие заземлителя, который присоединяется к:
- контуру заземления;
- резистору;
- дугогасящему реактору.
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:
От чего зависит выбор нулевой точки соединения?
Выбор режима нейтрали зависит от ряда характеристик, среди которых можно выделить:
- Надежность сети. Первый критерий связывается с выстраиванием защиты относительно однофазного замыкания на землю. Для работы сети 10-35 кВ зачастую применяется изолированная нейтраль, которая не отключает линию из-за упавшей ветки и даже провода на землю. А для сети 110 кВ и выше требуется моментальное отключение, для чего применяется эффективно заземленная.
- Стоимость. Важный критерий, который определяет выбор. Реализовать изолированную сеть намного дешевле, что связывается с отсутствием необходимости в четвертом проводе, экономией средств на траверсы, изоляцию и на прочие нюансы.
- Устоявшаяся практика. Как отмечалось выше, режимы нейтралей трансформаторов выбираются на основании общемировой и государственной статистики. Это говорит о том, что большинство производственных предприятий, создающих силовое оборудование, придерживаются этих норм. Из-за этого выбор предопределен заводом-изготовителем трансформатора или генератора.
Рассмотрим далее каждую вариацию в отдельности и узнаем преимущества и недостатки. Заметим, что существует пять основных режимов.

Изолированная
Режим работы нейтрали, в которой нулевая точка отсутствует, именуется изолированным. На схемах ее изображают в виде треугольника, что говорит о наличии только трехфазного провода. Ее использование ограничено сетью 10-35 кВ, а выбор определяется рядом преимуществ:
Вам будет интересно:Стиральная машина Schaub Lorenz: отзывы, обзор моделей, производитель, преимущества и недостатки
Главным недостатком такого варианта является безопасность. При падении провода сеть не отключается, последний остается под напряжением. При приближении на расстояние ближе восьми метров можно попасть под шаговое напряжение.
Режимы работы нейтралей в электрических сетях
Производство, преобразование, транспортировка, распределение и потребление электрической энергии осуществляется по симметричной трехфазной системе проводов. Симметричность системы достигается равенством фазных и линейных напряжений, равномерной загрузкой всех фаз по току, одинаковым сдвигом фаз напряжений и токов.
Однако, в процессе эксплуатации неизбежны нарушения симметрии трехфазной системы, которые могут быть вызваны: обрывом провода, пробоем изоляции, перекрытием на посторонние предметы, непереключением фаз коммутационных аппаратов и пр.
В любом случае, несимметрия ведет к появлению токов обратной и нулевой последовательности, а также апериодической составляющей токов, которые могут быть опасны для сохранности оборудования. Поэтому несимметрия должна быть устранена как можно быстрее. На быстродействие релейной защиты при неполнофазных режимах значительное влияние имеет режим работы нейтрали сети.
Различают несколько режимов работы нейтрали: изолированная
,
глухозаземленная
и
эффективно заземленная
. У каждого режима есть свои достоинства и недостатки. В сетях напряжением до 35 кВ включительно применяют изолированную нейтраль. Это означает, что средняя точка обмоток ВН трансформатора не соединена с землей.
Однофазное замыкание при такой системе электроснабжения на землю, не приводит к аварийному отключению поврежденной линии, так как ток замыкания на землю довольно незначителен, его величина обусловлена только емкостью двух неповрежденных фаз относительно земли. Ток однофазного замыкания на землю, в сетях до 35 кВ не способен поддерживать горение дуги.
При металлическом замыкании одной фазы («полная земля»), напряжение на двух других возрастает до линейного, но электроснабжение потребителей сохраняется по двум оставшимся фазам. Для сохранности трансформаторов при таких режимах работы, изоляцию его нейтрали выполняют на класс напряжения соответствующий изоляции линейных вводов.
При значительных емкостных токах линий до 35 кВ, применяют дугогасящие катушки, подключаемые к нейтрали трансформаторов. Гашение дуги обеспечивается индуктивностью катушки, которая компенсирует емкостный ток замыкания на землю.
Системой электроснабжения с эффективно заземленной нейтралью
считается сеть, в которой заземлена часть нейтральных обмоток силовых трансформаторов. Однофазное короткое замыкание, в таких сетях, приводит к отключению поврежденного участка.
Ток короткого замыкания проходит от места повреждения до ближайших заземленных нейтралей трансформаторов по земле, распределяясь в соответствии с сопротивлением петли фаза – ноль. К трансформаторам, нейтрали которого не заземлены, ток короткого замыкания (в дальнейшем — КЗ) не протекает.
Учитывая тот факт, что на все виды повреждений в электрических сетях, 80 % повреждений приходится на однофазные КЗ, и тот факт, что близкие однофазные КЗ. имеют значительные величины токов, их влияние стараются ограничить.
Для этого часть нейтралей в сети оставляют незаземленной, увеличивая тем самым сопротивление петли замыкания и, ограничивая однофазные токи КЗ. Общий баланс заземленных и незаземленных нейтралей рассчитывается исходя из условий селективной работы устройств РЗА и ограничения токов КЗ.
Кроме того, важным условием при выборе точек заземления, является условие ограничения перенапряжения на нейтральных обмотках при несимметричных повреждениях. На силовом оборудовании класс изоляции нейтралей как правило, принимают на один класс напряжения ниже номинального напряжения обмоток ВН. Такая практика позволяет сэкономить на изоляции и габаритах оборудования, что дает высокий экономический эффект.
Однако с другой стороны, сниженный уровень изоляции нейтрали ведет к необходимости применения оборудования, которое бы ограничивало перенапряжения и токи в нулевом выводе. В качестве защиты от кратковременных перенапряжений могут применяться ограничители перенапряжений, для ограничения токов применяются токоограничивающие реакторы и конденсаторы.
В режиме глухого заземления работают сети с бытовым потребителем. При таком режиме работы нейтрали средняя точка обмоток НН трансформатора присоединяется к заземляющему контуру. В распределительных щитках жилых домов, корпус щитков также присоединяется к заземляющему контуру.
Так, в каждую квартиру или дом “заходит” два провода: фазный и нулевой – обеспечивая тем самым потребителя напряжением 220 В. При повреждении изоляции фазного провода, и прикосновении его к заземленным конструкциям, происходит немедленное отключение поврежденного участка сети. Бетонные стены и полы в многоквартирных домах, также имеют потенциал земли.
Ток КЗ имеет достаточные значения для срабатывания защитной коммутационной аппаратуры. В последнее время, для повышения уровня электробезопасности, помимо рабочего нуля, в жилые помещения заводят и проводник защитное заземление, которое подключается к корпусам электроприборов. Провод защитного заземления в щитке также присоединяется к заземленным конструкциям.
Следует отметить, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с глухозаземленной нейтралью. Изоляция обмоток СН автотрансформатора выполнена, исходя из значения типовой мощности, которая меньше номинальной, а значит и уровень изоляции сниженный. В этом, собственно говоря, и состоит экономическая выгодность автотрансформатора перед трансформатором.
При неполнофазных коммутациях автотрансформаторов, в электромагнитной системе возникают опасные перенапряжения, которые могут быть ограничены глухим заземлением нулевого вывода.
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что режим работы нейтрали оказывает существенное влияние на надежность электроснабжения и режим работы энергосистемы в целом.
Эффективно заземленная
Режимы работы нейтралей в электроустановках выше 110 кВ реализованы представленным способом, что обеспечивает требуемые условия защиты сети и безопасности. Нулевая точка трансформатора заземляется на контур или через специальное устройство под названием «ЗОН-110 кВ». Последнее влияет на чувствительность срабатывания защит.
При падении провода создается потенциал между заземлителем и точкой обрыва. Из-за этого срабатывает релейная защита. Отключение производится с минимальной выдержкой времени, после чего включается вновь. Это связывается с тем фактом, что на работоспособность могла повлиять ветка дерева или птица. Повторное включение (АПВ) позволяет выявить реальность повреждения. К преимуществам необходимо отнести следующие моменты:
Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.
Заземленная через ДГК (ДГР)
Режим нейтралей называется резонансно-заземленным, когда его точка проходит через дугогасящую катушку или реактор. Подобная система в основном применима для кабельных распределительных сетей. Она позволяет компенсировать индуктивность и уберечь систему от более масштабных и сложных повреждений.
При появлении однофазного замыкания на землю начинает работать катушка или реактор, которая компенсирует силу тока, снижая его в месте пробоя. Необходимо отметить, что разница между ДГК и ДГР связывается с наличием автоматической подстройки при изменении индуктивности в сети.
Основным преимуществом является компенсация энергии, которая не дает повреждению кабельной линии перерастать из однофазных в межфазное. Что касается недостатков, это появление прочих повреждений в слабых местах изоляции кабельных линий.
Принцип работы глухозаземленной нейтрали
Сначала необходимо понять, что является определением понятия глухозаземленная нейтраль. Согласно ПУЭ этот способ предполагает прямое соединение нейтрали трансформатора с заземляющим элементом. В электротехнике такой способ заземления принято называть рабочим. Также необходимо помнить, что в электроустановках, рассчитанных на напряжение 220−380 вольт, сопротивление заземляющих элементов не должно превышать показатель в 4 Ом.
Принцип действия глухозаземленной нейтрали можно продемонстрировать на примере трехпроводной электроцепи, соединяющей источник энергии с жилым домом. При ее создании нейтраль просто распределяется по щитку, и к ней подключаются все заземляющие контуры потребителей. Такая цепь не предполагает наличия различных устройств, которые могут нарушить ее единство.
Если предположить, что по причине частых вибраций в холодильнике от места крепления отсоединился фазный проводник и вступил в контакт с корпусом, то такая ситуация является аварийной. Все это приводит к появлению короткого замыкания и стремительному увеличению силы тока. Однако автоматический выключатель быстро справляется с поставленной задачей и размыкает цепь. Если человек случайно дотронется до провода, то поражения током не произойдет, ведь сопротивление R0 будет меньше в сравнении с возникающим при прохождении через человеческое тело.
Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор
Режим нейтрали, при котором заземление точки нулевой последовательности выполняется через выокоомоный или низкоомный резистор, также считается резонансно-заземленным и используется в сетях 10-35 кВ. Особенности представленной системы связываются с отключением сети без выдержки времени.
Это удобно в плане защиты сети, но негативно влияет на отпуск электрической энергии. Подобная система не подходит для работы ответственных потребителей, хотя является отличным вариантом для кабельных линий. Использование на ВЛ электропередачи непригодно, так как появление земли в сети ведет к отключению фидера.
Еще одним нюансом относительно заземленной нейтрали через резистор является появление больших токов при замыкании на самом резисторе. Имелись случаи, которые приводили к возгоранию подстанции из-за этого момента.
Сеть TN-S
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей называются пятипроводными. В них нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены.
Использование сети TN–S не обеспечивает электробезопасность при косвенном прикосновении, так как при пробое изоляции на корпусе, как и в сети TN–С, возникает опасный потенциал. Однако в сетях TN–S возможно использование УЗО. При наличии этих устройств уровень электробезопасности в сети TN–S существенно выше, чем в сети TN–С. При пробое изоляции в сети TN–S также возникает вынос потенциала на корпуса других электроприемников, связанных проводником РЕ. Однако быстрое действие УЗО в этом случае обеспечивает безопасность. В отличие от сетей TN–С обрыв нулевого рабочего проводника в сети TN–S не влечет за собой появления фазного напряжения на корпусах всех связанных данной линией питания ЭП за точкой разрыва.
Пожаробезопасность сети TN–S при применении УЗО в сравнении с сетями TN–С существенно выше. Устройства защитного отключения чувствительны к развивающимся дефектам изоляции и предотвращают возникновение значительных токов однофазных КЗ.
В отношении бесперебойности электроснабжения и возникновения перенапряжений сети TN–S не отличаются от сетей TN–С.
Электромагнитная обстановка в сетях TN–S в нормальном режиме лучше, чем в сетях TN–С. Это обусловлено тем, что нулевой рабочий проводник изолирован и отсутствует ответвление токов в сторонние проводящие пути. При однофазных КЗ создаются такие же электромагнитные возмущения, как и в сетях TN–С.
Наличие в сетях TN–S устройств защитного отключения существенно снижает объем повреждений при возникновении однофазных КЗ по сравнению с сетями TN–С, т.к. УЗО ликвидирует повреждение в его начальной стадии.
В отношении проектирования, настройки защит и обслуживания сети TN–S не имеют каких-либо преимуществ по сравнению с сетями TN–С. Они более дорогие из-за наличия пятого провода и УЗО.
Глухозаземленная
Режим работы нейтрали трансформатора для потребительской сети именуется глухозаземленным. Особенности следующие. Представленная вариация предполагает заземление нулевой точки на контур подстанции, относительно чего работают защиты. Такая система используется в распределительных сетях, где осуществляется непосредственное потребление электроэнергии.
Выход 0,4 кВ имеет четыре провода: три фазных и один нулевой. При однофазном замыкании создается потенциал относительно заземленной точки. Это отключает автомат или становится причиной перегорания предохранителей. Следует отметить, что срабатывание защит во многом определяется правильностью выбора плавких вставок или номинал автомата.