Что такое нейтраль тягового двигателя

Нейтраль — это. Определение, устройство и назначение

Электроэнергетика – это сложный промышленный комплекс, который состоит из множества составных частей. Чтобы каждый элемент работал правильно и выполнял поставленные задачи, необходимо точное знание и понимание физических процессов, которые протекают в силовом оборудовании. Некоторые из них легко объяснить, поэтому предлагаем познакомиться с таким понятием, как «нейтраль».

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.

Напряжение смещения нейтрали определяется по следующей формуле:

• Еа, Ев, Ес — ЭДС источника питания
• Уа, Ув, Ус — проводимости фаз потребителя, напомним, что проводимость — величина обратная полному сопротивлению, то есть У=1/Z
• 00’ — эти точки соответствуют нулю нагрузки и нулю генератора (трансформатора), питающего данную нагрузку

Под смещением нейтрали понимают, что между нулевым проводом источника и нагрузки возникает напряжение, а по нулевому проводу течет ток. Но, это в случае, если нулевые провода соединены. Если же нулевой провод источника и нагрузки не соединен, то смещение нейтрали может вызвать нарушение магнитного равновесия в трансформаторе.

Случай 1 — нагрузка однородная равномерная по трем фазам

Идеальный случай (симметричная нагрузка), при котором смещения нейтрали не происходит, сумма напряжений в любой момент времени равна нулю, линейные трех фаз составляют

220В. Под однородностью нагрузки понимается, что она носит либо активный, либо индуктивный, либо емкостной характер по всем трем фазам, как сказали бы электроники — элемент “или”. В нашем примере верным будет утверждение, что Xa=Xb=Xc.

Случай 2 — нагрузка однородная и неравномерная по трем фазам

При данном стечении обстоятельств, происходит смещение нейтрали, которому соответствует отрезок 00’ на рисунке сверху слева, который и создает ток в нулевом проводе. Смещения в ту или иную сторону точки 0’ от точки 0 будет зависеть от характера нагрузки. В данном примере нагрузка однородная, но неравномерная, различающаяся по величине, но не по типу.

Случай 3 — нагрузка по трем фазам разнородная

В случае с разнородной неравномерной нагрузкой нейтральная точка нагрузки (0’) вышла за пределы треугольника. Значения же фазных напряжений на нагрузке превышают это значение на источнике питания в несколько раз. Однако, не следует забывать, что это смещение происходит только на нагрузке, а не на источнике питания.

Неоднородность нагрузки будет влиять на источник питания (трансформатор или генератор), только, если относительно источника эта нагрузка будет велика. В этом случае может произойти нарушение магнитной устойчивости трансформатора.

Следует помнить, чем выше нагрузка, тем большее влияние на систему она может оказывать, аналогично, как большие двигатели серьезнее просаживают напряжение на шинах при перерывах питания на электростанциях.

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика

Преимущества и недостатки системы

Главным достоинством таких систем можно отметить ограничение потенциала в системах напряжением 110 КВ и более в неповрежденных линиях при возникновении аварийной ситуации, что оказывает существенное значение для материалов изоляции. А также применение относительно несложных устройств релейной защиты от однофазных коротких замыканий на землю.

Недостатками подобных электросетей, касательно к сетям с изолированной нейтралью, можно отнести высокие токи КЗ, что требует моментального отключения напряжения. Если этого не произойдет, то возникает опасность серьезного повреждения линии, а также возрастает вероятность поражения электрическим током обслуживающего персонала.

И велико возникновение пожара и даже взрыва. Высокие токи КЗ предъявляют особые требования к устройствам защиты, она должна срабатывать мгновенно, а это усложняет приборы защиты.

Нейтраль трансформатора

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

• требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
• допустимыми токами замыкания на землю,
• перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле,
• пределяющих уровень изоляции электротехнических устройств,
• необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
• возможностью применения простейших схем электрических сетей.

Используются следующие режимы нейтрали:

• глухозаземленная нейтраль,
• изолированная нейтраль,
• эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок. при однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Изолированная нейтраль

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Компенсированная нейтраль

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),
• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),
• электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,
• электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Назначение заземления нейтрали трансформатора для повышения чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю.

В нормальном режиме высокоомный резистор, и при необходимости дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Чтобы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ необходимо кратковременно увеличить ток через устройство защиты. Обоснование возможности кратковременного индуктивного заземления нейтрали специальным трансформатором заземления нейтрали. При возникновении на линии ОЗЗ трансформатор через 0,5 с кратковременно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазного короткого замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и создания условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение линии. Выключатель с заданной выдержкой времени отключается. Отключение линии предотвращает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неизбежные в сетях напряжением 6-10 кВ с высокой изношенностью кабелей и оборудования.

Такой режим отключения поврежденных кабельных линий несколько лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Однако, отключение линий возможно только при наличии надежного резервирования и в случаях, оговоренных правилами устройств электроустановок.

Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ или МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. рисунок 1), подключенным к нейтрали ТЗН. В нормальном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (или) реле тока КА1, или устройство определения поврежденной фазы (см. рисунок 1).

После замыкания контактов срабатывает реле времени КТ1, замыкающиеся контакты которого включают выключатель Q3. Выключатель Q3 шунтирует сопротивление Rн и ДГР.

Рис.1 — Поясняющая схема и схема автоматического заземления нейтрали

Замыкающиеся контакты реле КТ1 с выдержкой времени 0,3 с отключают выключатель Q3. При замыкании этих контактов срабатывает промежуточное реле KL1. Размыкающие контакты реле разрывают цепь КТ1. Возврат схемы осуществляется дежурным с помощью ключа SА. При этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь переходит в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и при необходимости через ДГР.

При увеличении тока через реле срабатывает защита от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени 0,2 с. Отключение выключателя выполняется с выдержкой времени 0,2 с. Сеть вновь переходит в режим с нейтралью, заземленной через резистор.

Видео: Виды заземления нейтрали

Виды нейтралей в сетях

В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:

• до 1 кВ;
• свыше 1 кВ.

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

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

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.

Что такое системы TN

TN будут называться системы с использованием глухозаземленной нейтрали для подключения защитных и нулевых функциональных проводников. Важный момент — в таких системах к нулевому проводнику, в свою очередь соединенному с нейтралью, должны быть подключены все корпусные электропроводящие детали.

Такая система отличается подключением нейтрали к контуру заземления вблизи трансформаторной подстанции. Нейтраль в этом случае не заземляется с помощью дугогасящего реактора.

На предприятиях промышленного типа наиболее целесообразными являются четырехпроводные трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В со вторичной обмоткой, объединенной в звезду и наглухо соединенной нейтральной точкой с устройством для заземления.

Двигатели при подключении к фазам сети питаются при линейном напряжении, источником питания ламп является фазное напряжение при подключении их между нейтральными и фазными проводами. N -проводу отводится сразу две роли — он является рабочим, необходимым для присоединения однофазных приемников, и проводом зануления с присоединенными металлическими корпусами установок, которые не находятся под нормальным напряжением.

Зануление пробоя изоляции обмотки двигателя приведет к появлению большого тока короткого замыкания и срабатыванию механизма защиты, в результате чего двигатель будет отключен от сети. В случае отсутствия зануления корпуса двигателя повреждение изоляции обмотки приведет к созданию опасной ситуации на корпусе касательно земли.

В случае однофазного КЗ на землю относительно нее напряжения на целых фазах остается прежним, поэтому изоляция может быть устроена с уклоном не на линейное, а на фазное напряжение.

Итак, глухозаземленной нейтралью называется нейтраль генератора или трансформатора, которая подсоединена к заземляющему устройству.

Главным преимуществом ее использования является возможность предотвращения воспламенения электропроводки за счет автоматического отключения поврежденного участка от сети. Кроме того, в случае короткого замыкания между нейтральным проводом и поврежденной фазой и соответственно увеличивающимся током срабатывают токовые реле, опасность поражения сводится к минимуму.