Режими роботи нейтралей в електричних мережах
Виробництво, перетворення, транспортування, розподіл і споживання електричної енергії здійснюється по симетричному трифазному системі проводів. Симетричність системи досягається рівністю фазних і лінійних напруг, рівномірним завантаженням всіх фаз по струму, однаковим зрушенням фаз напруг і струмів.
Однак, в процесі експлуатації неминучі порушення симетрії трифазної системи, які можуть бути викликані: обривом проводу, пробоєм ізоляції, перекриттям на сторонні предмети, непереключеним фаз комутаційних апаратів тощо.
У будь-якому випадку, несиметрія веде до появи струмів зворотної та нульової послідовності, а також аперіодичної складової струмів, які можуть бути небезпечні для збереження обладнання. Тому несиметрія повинна бути усунена якнайшвидше. На швидкодію релейного захисту при неповнофазних режимах значний вплив має режим роботи нейтралі мережі.
Розрізняють декілька режимів роботи нейтралі:
У кожного режиму є свої переваги і недоліки. У мережах напругою до 35 кВ включно пріменяютізолірованную нейтраль. Це означає, що середня точка обмоток ВН трансформатора не з'єднана з землею.
Однофазное замикання при такій системі електропостачання на землю, не призводить до аварійного відключення пошкодженої лінії, так як струм замикання на землю досить незначний, його величина обумовлена тільки ємністю двох непошкоджених фаз щодо землі. Струм однофазного замикання на землю, в мережах до 35 кВ не здатний підтримувати горіння дуги.
При металевому замиканні однієї фази ( «повна земля»), напруга на двох інших зростає до лінійного, але електропостачання споживачів зберігається по двох залишилися фаз. Для збереження трансформаторів при таких режимах роботи, ізоляцію його нейтрали виконують на клас напруги відповідний ізоляції лінійних вводів.
При значних ємнісних струмах ліній до 35 кВ, застосовують дугогасящие котушки, підключаються до нейтралі трансформаторів. Гасіння дуги забезпечується індуктивністю котушки, яка компенсує ємнісний струм замикання на землю.
Системою електропостачання з ефективно заземленою нейтраллю вважається мережа, в якій заземлена частина нейтральних обмоток силових трансформаторів. Однофазне коротке замикання, в таких мережах, призводить до відключення пошкодженої ділянки.
Струм короткого замикання проходить від місця пошкодження до найближчих заземлених нейтралей трансформаторів по землі, розподіляючись відповідно до опором петлі фаза - нуль. До трансформаторів, нейтрали якого не заземлені, струм короткого замикання (надалі - КЗ) не протікає.
З огляду на той факт, що на всі види пошкоджень в електричних мережах, 80% пошкоджень припадає на однофазні КЗ, і той факт, що близькі однофазні КЗ. мають значні величини струмів, їх вплив намагаються обмежити.
Для цього частину нейтралей в мережі залишають незаземленої, збільшуючи тим самим опір петлі замикання і, обмежуючи однофазні струми КЗ. Загальний баланс заземлених і незаземленій нейтралей розраховується виходячи з умов селективної роботи пристроїв РЗА і обмеження струмів КЗ.
Крім того, важливою умовою при виборі точок заземлення, є умова обмеження перенапруги на нейтральних обмотках при несиметричних ушкодженнях. На силовому обладнанні клас ізоляції нейтралей як правило, приймають на один клас напруги нижче номінальної напруги обмоток ВН. Така практика дозволяє заощадити на ізоляції і габаритах устаткування, що дає високий економічний ефект.
Однак з іншого боку, знижений рівень ізоляції нейтрали веде до необхідності застосування обладнання, яке б обмежувало перенапруги і струми в нульовому виведення. В якості захисту від короткочасних перенапруг можуть застосовуватися обмежувачі перенапруг, для обмеження струмів застосовуються токоограничивающие реактори і конденсатори.
У режимі глухого заземлення працюють мережі з побутовим споживачем. При такому режимі роботи нейтралі середня точка обмоток НН трансформатора приєднується до заземлювального контуру. У розподільних щитках житлових будинків, корпус щитків також приєднується до заземлювального контуру.
Так, в кожну квартиру або будинок "заходить" два дроти: фазний і нульовий - забезпечуючи тим самим споживача напругою 220 В. При пошкодженні ізоляції фазного проводу, і дотику його до заземлених конструкцій, відбувається негайне відключення пошкодженої ділянки мережі. Бетонні стіни і підлоги в багатоквартирних будинках, також мають потенціал землі.
Струм КЗ має достатні значення для спрацьовування захисної комутаційної апаратури. Останнім часом, для підвищення рівня електробезпеки, крім робочого нуля, в житлові приміщення заводять і провідник захисне заземлення, яке підключається до корпусів електроприладів. Провід захисного заземлення в щитку також приєднується до заземлених конструкцій.
Слід зазначити, що автотрансформатори будь-якого класу напруги завжди працюють з глухозаземленою нейтраллю. Ізоляція обмоток СН автотрансформатора виконана, виходячи із значення типовий потужності, яка менше номінальної, а значить і рівень ізоляції знижений. У цьому, власне кажучи, і полягає економічна вигідність автотрансформатора перед трансформатором.
При неповнофазних комутаціях автотрансформаторів, в електромагнітної системі виникають небезпечні перенапруження, які можуть бути обмежені глухим заземленням нульового виводу.
Виходячи з усього вищесказаного, можна зробити висновок, що режим роботи нейтралі має суттєвий вплив на надійність електропостачання та режим роботи енергосистеми в цілому.