Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

В электрике ноль (нейтраль) – это точка, начало, от которого начинаются измерения напряжения фаз. В нулевом проводе трехфазной сети ток равен сумме токов фаз. Между каждой фазой и нулем напряжение 220 В, между фазами – 380 В.

На трехфазные линии электропередачи ток подается из трансформаторов. Возникает вопрос: откуда берется ноль в трансформаторе? Физически это точка, в которой «в звезду» соединяются концы нескольких обмоток трехфазного трансформатора.

Ноль присутствует только в трехфазном трансформаторе.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Фаза и нуль в электрике

Электроэнергия появляется в результате упорядоченного движения заряженных частиц в проводах — электронов. Рождаются эти электроны в огромных электростанциях — таких как, например, Волгоградская ГРЭС (гидроэлектростанция), Нововоронежская АЭС (атомная электростанция) и многих других в нашей стране. Далее по очень толстым проводам эта энергия передается на промежуточные подстанции (как правило, такие стоят по периферии городов), а от них — до местных КТП (комплектная трансформаторная подстанция), которые есть почти в каждом дворе.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Уровни напряжения в таких сетях варьируются от 750000 вольт до 380 вольт в конечной КТП. И именно последние делают так, что в розетке обычного дома появляется 220В. Казалось бы, все просто, но! В розетке находятся два провода. И из уроков физики каждый знает, что в электрике есть «фаза» и «нуль». Эти два слова дают нам свет, тепло, воду, газ и многое другое, чем мы пользуемся каждый день. Теперь по-порядку.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

В электросетях выше 1000 В

Сети номиналом более 1000 В используют изолированную нейтраль для категории электроустановок от 1 до 35 кВ. Все что касается более высоких классов напряжения использует режимы заземления (глухозаземленную, эффективно заземленную нейтраль) или соединение трансформатора треугольником, где нулевой вывод отсутствует как таковой. Следует также отметить, что многие подстанции напряжением в 35 кВ используют первичную схему треугольника для высокой стороны.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение


Рис. 6. Питание высоковольтных сетей

Применение изолированной нулевой точки в системе электроснабжения обеспечивает тот же сдвиг фаз на 120° и бесперебойный режим работы даже с выводом одной из линий. Однако вместе с тем, аварийные режимы в цепи более 1 кВ характеризуются значительно большими токами, которые уже никоим образом нельзя игнорировать с точки зрения безопасности человека, так как емкостная проводимость изоляции намного выше.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение


Рис. 7. Схема замещения при поражении в цепи выше 1000 В

Если же вопрос касается трехфазного замыкания, то этот режим вызывает огромные токи, контакт с которыми смертельно опасен.

Однако аварийный режим в высоковольтных сетях с изолированной нейтралью несет опасность не только человеческой жизни, но и работе всей системы в целом. При этом место контакта одной фазы с землей приводит к просадке потенцифала в этой линии практически до нуля. А напряжение в двух смежных фазах при изолированной нейтрали пропорционально увеличивается, что приводит к повышению емкостных перетоков в диэлектрике.

При долговременном протекании такого процесса происходит лавинообразное изнашивание изоляции с последующим пробоем изолированного промежутка, что может привести к выходу со строя и линии, и самого источника питания с изолированной нейтралью.

Фаза и нуль: понятия и отличие

Существует такое понятие, как напряжение. Это слово означает степень напряженности электрического поля в данной точке или цепи. Иначе его называют потенциалом. Если очень простыми словами, то это некий поршень, что дает толчок для электронов, чтобы они прошли по проводам и зажгли лампочку в люстре.

В общей цепи (фаза ноль), той, что приходит на люстру или розетку, есть два провода. Один из них и есть фаза. Именно этот провод находится под напряжением. Фаза в электротехнике сравнима с плюсом в автомобиле — это основное питание для сети.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Нуль — это провод, который не находится под напряжением (это именно то, чем отличается ноль от фазы). Он не перегружен в процессе отбора мощности, но, тем не менее, по нему так же течет электрический ток, только в направлении, обратном фазному. В отсутствии напряжения он является безопасным в плане поражения человека электротоком.

От чего зависит выбор нулевой точки соединения?

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

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.

Зачем нужен ноль в электричестве

Нуль замыкает электрическую цепь. Без этого провода в цепи не может быть электрического тока, который и дает мощность для питания бытовых приборов. По сути, нулевой провод — это земля.

Откуда берется ноль в электросети

Начало свое нуль берет от комплектной трансформаторной подстанции 6(10)/0,4 кВ, где трансформатор своей нулевой шиной соединен с контуром заземления. Изначально именно земля является проводником с нулевым потенциалом, и именно поэтому многие путают нуль с землей. ВЛ (воздушная линия электропередачи), выходя из КТП, имеет 4 провода — 3 фазы и нуль, который в начале линии соединен с нулем трансформатора. На протяжении воздушной линии через одну опору производится повторное заземление, которое дополнительно связывает нуль линии с землей, что дает более полноценную связь цепи «фаза — нуль» для того, чтобы у конечного потребителя в розетке было не менее 220В.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Зачем нужен нуль

Основное назначение нулевого провода — замыкание цепи для создания электрического тока для работы любого электроприбора. Ведь для того, чтобы ток появился, необходима разность потенциалов между двумя проводами. Нуль потому так и называется, что потенциал на нем равен нулю. Отсюда и уровень напряжения 220В — 230В.

Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

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.

Как найти нуль и фазу

В домашних условиях, даже не имея специальных приборов и приспособлений, возможно определить в обычной розетке, какой из двух проводов является фазой, а какой нулем. В этом случае используются электролампа или индикаторная отвертка.

Проверка с помощью электролампы

Для поиска нуля и фазы достаточно взять обыкновенный патрон с лампочкой и прикрутить два провода на его штатные места. Затем один из этих проводов подключить к заземляющим ножам в розетке, а второй — к любому из двух силовых разъемов.

Откуда берется ноль (нейтраль) в трансформаторе ?

В электрике ноль (нейтраль) – это точка, начало, от которого начинаются измерения напряжения фаз. В нулевом проводе трехфазной сети ток равен сумме токов фаз. Между каждой фазой и нулем напряжение 220 В, между фазами – 380 В.

На трехфазные линии электропередачи ток подается из трансформаторов. Возникает вопрос: откуда берется ноль в трансформаторе? Физически это точка, в которой «в звезду» соединяются концы нескольких обмоток трехфазного трансформатора.

Ноль присутствует только в трехфазном трансформаторе.

В сетях до 1000 В

Среди низковольтных потребителей, которые питались по системе с изолированной нейтралью можно выделить некоторые бытовые сети советских времен, которые впоследствии отошли от этого способа. Местами он еще сохранялся в электроснабжении деревянных построек, в которых питание от обмоток генератора или трансформатора с глухозаземленной нулевой точкой было слишком опасным при возникновении замыкания.

Сегодня такая схема передачи электрического тока применима в:

  • электроснабжении морских и речных транспортных суден;
  • нефтедобычной отрасли, платформах для разработки месторождений в море и океане;
  • метрополитенах;
  • горнодобывающей отрасли.

Вышеперечисленные сферы не отходят от системы с изолированной нейтралью за счет отсутствия связи с защитным заземлением. Что исключает вынос метала и преждевременное разрушение металла с одной стороны, и обеспечивает безопасность персонала с другой.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение


Схема замещения при поражении в цепи до 1000В

Как видите на рисунке, ток через тело человека не замыкается, цепь проходит с одной фазы на другую, поэтому токи однофазных потребителей будут рассчитываться по формуле:

I = (3*U)/(3*RT+ZM)

  • где U – напряжение в питающей сети, выдаваемое одной обмоткой трансформатора;
  • RТ – сопротивление человеческого тела;
  • ZМ – сопротивление межфазной изоляции.

Если принять, что сопротивление человека составляет около 1 кОм, а сопротивление изоляция между фазами будет порядка 500 кОм, то протекающий через тело ток будет всего лишь несколько единиц миллиампер, что совершенно безопасно. Однако ситуация кардинально меняется в случае использования изолированной нейтрали в высоковольтных электрических системах, где часто случаются трехфазные КЗ.

Функции ноля в линии электропередачи

В идеале при соединении обмоток «звездой» нулевой провод является проводником при соединении обмоток преобразователя и потребителей.

На практике нагрузка в сети редко бывает одинаковой на все фазы. Так как мощность преобразователя ограничена, при повышении нагрузки в какой-то фазе в ней сила тока падает, ноль смещается, образуется напряжение смещения. Этот показатель прямо пропорционален разнице в вольтаже между фазами. Часть потребителей получает повышенное напряжение, часть – пониженное.

Основное предназначение нулевого провода – сравнять силу тока в нейтрали на преобразователе подстанции с силой тока в нулевой точке потребителей.

При повышении силы тока в одной фазе оно возвращается в нулевую точку и перераспределяется на фазы с пониженным вольтажом.

В однофазной сети, используемой в жилых домах, требуется фаза и ноль. Нулевой провод уже заземлен, напряжения на нем нет.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Заземленная через ДГК (ДГР)

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

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.

Определение ноля трансформатора

Определять нейтраль в промышленных трансформаторах нужно, если проводится их параллельное подключение друг к другу. Этот процесс называется фазировкой. Ее цель – установить совпадение по фазе преобразователя и сети или двух преобразователей. Суть фазировки – поиск выводов, между которыми напряжение нулевое.

Обмотки до 0,4 кВ проверяются вольтметром, для 10 кВ требуется указатель напряжения, от 10 кВ – измерительный трансформатор.

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

В городской квартире не нужно знать, как же определить ноль на трансформаторе, так как ток в сети переменный. На выводах местоположение фазы и ноля зависит от направления обмоток, поэтому меняется с изменением способа подключения. При необходимости определить ноль на работающем оборудовании нужно прикоснуться к выводам индикаторной отверткой. На выводе нулевого провода напряжения нет.

Если прибор показывает, что фазы нет, это не значит, что есть ноль. Необходимо проверить все возможные варианты.

Во многих регионах напряжение в электросети нестабильное. Многие владельцы частных домов устанавливают индивидуальные трансформаторы. Широко применяются так же мини-преобразователи, понижающие напряжение до 10-20 В. Они защищают от поражения током, экономят электроэнергию, продлевают срок эксплуатации бытовых приборов. При их подключении желательно знать, откуда берется нейтраль и как подключается к сети.

Общее представление

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

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.

Фаза, ноль и земля – что это такое?

Электрическая энергия, которой мы пользуемся, вырабатывается генераторами переменного тока на электростанциях. Их вращает энергия сжигаемого топлива (угля, газа) на ТЭС, падающей воды на ГЭС или ядерного распада на АЭС. До нас электричество добирается через сотни километров линий электропередач, претерпевая по дороге преобразования с одной величины напряжения в другую. От трансформаторной подстанции оно приходит в распределительные щитки подъездов и далее – в квартиру. Или по линии распределяется между частными домами поселка или деревни.

Разберемся, откуда берутся понятия «фаза», «ноль» и «земля». Выходной элемент подстанции — понижающий трансформатор, с его обмоток низкого напряжения идет питание потребителю. Обмотки соединяются в звезду внутри трансформатора, общая точка которой (нейтраль) заземляется на трансформаторной подстанции. Отдельным проводником она идет к потребителю. Идут к нему и проводники трех выводов других концов обмоток. Эти три проводника называются «фазами» (L1, L2, L3), а общий проводник – нулем (PEN).

Эффективно заземленная

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

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:

  • Относительно низкая стоимость, которая позволяет дешевле выстраивать высоковольтные сети. Следует отметить, что линии электропередач также имеют три провода вместо четырех, что является отличительной особенностью.
  • Повышенная надежность в сочетании с безопасностью. Это считается важным критерием, который определяет выбор представленного вида нейтрали.
  • Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.

    Напряжения и токи нагрузки в системе с глухозаземленной нейтралью

    Напряжение между фазами трехфазной системы называют линейным, а между фазой и рабочим нулем – фазным. Номинальные фазные напряжения равны 220 В, а линейные – 380 В. Провода или кабели, содержащие в себе все три фазы, рабочий и защитный ноль, проходят по этажным щиткам многоквартирного дома. В сельской местности они расходятся по поселку при помощи самонесущего изолированного провода (СИП). Если линия содержит четыре алюминиевых провода на изоляторах, значит, используются три фазы и PEN. Разделение на N и РЕ в таком случае выполняется для каждого дома индивидуально во вводном щитке.

    К каждому потребителю в квартиру приходит одна фаза, рабочий и защитный ноль. Потребители дома распределяются по фазам равномерно, чтобы нагрузка была одинаковой. Но на практике этого не получается: невозможно предугадать, какую мощность будет потреблять каждый абонент. Так как токи нагрузки в разных фазах трансформатора не одинаковы, то происходит явление, называемое «смещением нейтрали». Между «землей» и нулевым проводником у потребителя появляется разность потенциалов. Она увеличивается, если сечения проводника недостаточно или его контакт с выводом нейтрали трансформатора ухудшается. При прекращении связи с нейтралью происходит авария: в максимально нагруженных фазах напряжение стремится к нулю. В ненагруженных фазах напряжение становится близким к 380 В, и все оборудование выходит из строя.

    В случае, когда в такую ситуацию попадает проводник PEN, под напряжением оказываются все зануленные корпуса щитов и электроприборов. Прикосновение к ним опасно для жизни. Разделение функции защитного и рабочего проводника позволяет избежать поражения электрическим током в такой ситуации.

    Достоинства и недостатки

    Для планирования подключений, расхода материалов во время строительства, проектирования, затрат на обслуживание в процессе эксплуатации обязательно учитываются все за и против.

    Изолированная от земли нулевая точка обладает такими преимуществами в эксплуатации:

    • Обеспечивает больший уровень безопасности системы, чем когда нейтраль заземлена, так как при однофазных кз отсутствует цепь для протекания электрического тока.
    • Высокая степень надежности – благодаря уменьшению числа действующих элементов, существенно понижается вероятность возможных повреждений во время работы, снижается количество возможных аварий и поломок.
    • Требует меньших затрат на этапе монтажа линий электропередач для изолированного нулевого вывода. Так как электрическая энергия передается лишь по трем проводам, это позволяет существенно снизить себестоимость ЛЭП.
    • Независимость питания для однофазных нагрузок – даже в случае обрыва одной из фаз, электроснабжение по другим продолжится в штатном режиме.

    Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение


    Рис. 4. При обрыве одной фазы остальные обеспечивают питание


    Отсутствуют перекосы и нарастание токовой нагрузки.

    Но, несмотря на существенные превосходства над методом электроснабжения с заземленной нейтралью, такой вариант имеет и ряд недостатков.

    Среди которых наиболее важными являются:

    • Представляет опасность для человека и трехфазных нагрузок при однофазных обрывах и замыканиях в высоковольтных сетях.
    • Слишком малые величины токов замыкания, чем когда используется глухозаземленная нейтраль, что существенно усложняет своевременное выявление и локализацию повреждения.
    • Отсутствует визуальный эффект при замыкании – так как нет контакта с нейтралью источника момент касания токоведущих частей и земли не приводит к образованию искр или дуги.
    • Изоляция всего оборудования должна рассчитываться на значение межфазного напряжения, а из-за отсутствия нулевого защитного проводника фазного, как такового вообще нет.
    • Снижается срок службы изоляции между фазами – особенно актуально для кабельно-проводниковой продукции, подсоединяемой к трехфазным обмоткам. При этом характер и место повреждения в кабеле всегда носит случайный характер, предусмотреть наиболее подверженные места попросту невозможно.

    Как видите из вышеперечисленного, система с незаземленной нейтралью имеет значительно больше недостатков, чем преимуществ. Из-за чего ее постоянно вытесняет тип питания с заземлением нейтрали, но до сих пор существует ряд отраслей, где недостаток изолированной нулевой точки сведен к минимуму.

    Поделиться:

    Share on facebook
    Share on twitter
    Share on pinterest
    Share on linkedin
    Share on vk
    Share on whatsapp

    Оставить комментарий

    Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

    *

    Популярные статьи:

    Май 2022
    Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
     1
    2345678
    9101112131415
    16171819202122
    23242526272829
    3031  

    Категории:

    Для авторов
    Возможно многие из Вас обладают хорошими знаниями в сфере строительства и ремонта.

    Мы предлагаем Вам заработать на своих знаниях получать дополнительный доход.

    Что от Вас требуется:

    1. умение писать уникальные статьи;
    2. отличное знание русского языка;
    3. наличие свободного времени;
    4. желание.

    Подробности здесь...
    Посетители сайта
    1 посетитель просматривают эту страницу.
    Пользователей: 1 робот

    Сейчас читают:

    Если вы хотите получать уведомления на свой E-mail о появлении новых статей, то рекомендуем вам чуть ниже ввести свой электронный почтовый адрес.