§3.5 Режими нейтралі електричних мереж

Нульова точка (нейтраль) трьохфазних електричних мереж може бути зазамленою наглухо, заземленою через високоомнй опір або ізольованою від землі.

Стан нейтралі, або, як говорять, режим нейтралі, в електричних мережах напругою до 1000 кВ визначається в основному безпекою обслуговування мереж, а у мережах напругою вище 1000 еВ – безперебійністю електропостачання, економічністю і надійністю роботи електроустановок.

Мережі з напругою до 1000В. Такі мережі, згідно до нормативних документів, можуть виконуватися як з глухо заземленою, так і з ізольованою нейтраллю.

Для найпоширеніших чотирьохпровідних мереж трифазного струму напругою 380/220 В або 220/127 В (чисельник відповідає лінійній напрузі, а знаменник – фазовій), з якими контактує велика група людей, нейтраль потрібно наглухо заземлювати (рис.3.7).

Рис.3.7 Схема мережі з глухозаземленою нейтраллю

У цьому випадку при замиканні на землю будь-якої фази виникне коротке замикання, запобіжник відповідної фази перегорить і мережа буде продовжувати роботу у неповному режимі. При цьому у тих двох проводах незамкнутих фаз, які залишилися у роботі, напруга по відношенню до землі не перевищуватиме фазну.

Корпуси двигунів, світильників, силових частин різних електричних апаратів та устаткування, які живляться від 4-провідної мережі, металевими провідниками з’єднуються з заземленою нейтраллю. Пошкодження ізоляції устаткування на корпус приводить до короткого замикання у мережі і відключення місця пошкодження.

У мережах з ізольованою нейтраллю замикання на землю не викликає короткого замикання і не приводить до відключення пошкодженої фази. (рис. 3.8). При цьому напруга двох інших фаз мережі по відношенні до землі зростає до лінійної, що створює підвищену небезпеку для обслуговуючого персоналу. Тому на всіх пристроях з ізольованою нейтраллю має бути забезпечений контроль ізоляції для швидкого виявлення замикання на землю, а на виробництвах з підвищеними вимогами щодо безпеки (наприклад, шахти), мають бути прилади автоматики, які забезпечать швидке автоматичне відключення від напруги тих ділянок мережі, на яких відбувся пробій на землю.

З іншого боку, для споживачів з не такими жорсткими умовами безпеки режим з ізольованою нейтраллю має позитив, який полягає у тому, що електроустаткування може працювати ще протягом певного часу (години).

Рис.3.8 Схема мережі з ізольованою нейтраллю

Електричні мережі з U>1000В. Вони діляться на дві категорії: з малим струмом замикання на землю (≤500А) і великим (>500А). До перших відносяться практично всі мережі з напругою U ≤35 кВ, до інших U ≥ 110 кВ. Мережі з малим струмом замикання на землю працюють з ізольованою або компенсованою нейтраллю.

У місці замикання фази на землю може виникнути перемінна дуга (запалюється і зникає). Така дуга супроводжується високочастотними коливаннями, що приводить до значних перенапруг у мережі, амплітуда яких відносно землі може досягти (2,2-3,2) Uф. При тривалій дії таких перенапруг може пошкодитися ізоляція електрообладнання і однофазні замикання перейдуть у 2-х і 3-фазні. Тому мережі з напругою 3-10 кВ монтують на металевих та залізобетонних опорах з компенсованою нейтраллю (рис. 3.9).

З метою компенсації ємнісних струмів замикання на землю в нейтраль мережі вмикають заземлену дугогасну котушку (реактор Р). У симетричній системі потенціал нейтралі дорівнює потенціалу землі, і струм через котушку не протікає. Під час замикання фази на землю напруги двох інших фаз відносно землі, як і у мережі з ізольованою нейтраллю (рис.1.4ё) збільшуються у разів, а напруга нейтралі Uо стає рівною фазній

Рис.3.9 Схема мережі з компенованою нейтраллю

напрузі Uф. Під дією цієї напруги протікає струм I­L, який замикається через місце пошкодження фази і накладається на ємнісний струм замикання на землю. Індуктивний та ємнісний струми мають протилежні напрямки, тому результуючий струм замикання на землю зменшується. Опір котушки вибирають таким чином, щоб індуктивний струм I­L дорівнював за величиною сумарному ємнісному струмові 3I­C, тоді результуючий струм у місці замикання фази на землю ≈ 0. При цьому дуга, яка виникла у місці пошкодження фази, гасне і не відновлюється.

Компенсацію ємнісних струмів замикання на землю здійснюють у центрах живлення мереж 3-35 кВ за допомогою спеціальних заземлюючих трансформаторів, нейтралі яких заземлюють через дугогасні реактори з регульованим індуктивним опором.

Електричні мережі з U≥110 кВ відносять до мереж з великим струмом і їх виконують з глухо заземленою нейтраллю. У випадку пробою однієї з фаз на землю автоматично за допомогою релейних пристроїв вимикається уся лінія.

На завершення зазначимо, що вибір і розрахунок режиму нейтралі має дуже велике значення. Ми привели лише загальні положення щодо цього питання. Кожна лінія електропередач (особливо з U ≥ 110 кВ ) вимагає свого підходу з урахуванням багатьох факторів.

Занулення.

Занулення відзначається меншими захисними функціями, ніж заземлення, а у випадку нерівномірного навантаження на фази торкання нейтралі може бути небезпечним.

Занулення – це з’єднання металевих не струмопровідних частин електричного приладу чи пристрою з нульовим проводом (нейтраллю) трифазної мережі, від якої береться живлення. Застосовують занулення для захисту персоналу від ураження струмом при замиканні фази на ці металеві не струмопровідні частини.

Принцип дії заснований на виникненні короткого замикання при «пробої» фази на вище згадані частини приладу чи пристрою, внаслідок чого спрацювує система захисту (автоматичне вимикання чи перегоряння плавких запобіжників).,

Занулення використовують там, де неможливо чи дуже дорого влаштовувати заземлення.

Занулення замість заземлення широко використовували у більшості будівель старої радянської забудови., тому зараз це може створювати великі проблеми при під’єднанні потужної побутової техніки, а також деяких комп’ютеризованих інформаційних систем.

1Зона землі, де появляється електричний потенціал, зумовлений струмом короткого замикання на землю, називається зоною або полем розтікання струму.