Содержание
Заземление нейтрали трансформатора 110 кв
Зачем и как делают заземление трансформаторов
От производителей электроэнергии передается ток высокого напряжения. Чтобы им могли пользоваться потребители на бытовом уровне, применяют понижающие трансформаторы. Согласно ПУЭ для них необходимо применять защитное заземление. Предусмотрен внешний и внутренний контур заземления. Устанавливают также защиту от ударов молнии.
Принципы устройства
Трансформатор преобразует (трансформирует) параметры переменного электрического тока. Происходит это благодаря явлению электромагнитной индукции. Основные детали прибора – катушки (обмотки) с проводами и ферромагнитный сердечник.
На одну катушку ток поступает, и она называется первичной. Вторичных катушек может быть 1, 2 и больше. С них снимается ток с уже измененными характеристиками.
У повышающего трансформатора число витков на вторичной обмотке больше, чем на первичной. В прямой связи увеличивается индуцированное напряжение с одновременным понижением силы тока.
[su_box style="default" title="" box_color="#F27405" radius="0"]Устройство понижающих трансформаторов другое. Они сделаны с точностью наоборот. Число витков в первичной обмотке у них больше, чем на вторичной обмотке, поэтому индуцированное напряжение снижается.
[/su_box]На большие расстояния выгоднее передавать электричество высокого напряжения и низкой силы тока, поскольку потери энергии на выделения тепла наименьшие.
Так и поступают. А трансформаторы впоследствии преобразуют ток до необходимых параметров.
Способ соединения обмоток трансформатора может быть выбран «треугольник», «звезда» или «зигзаг». В случае «треугольника» обмотки соединены последовательно, образуя замкнутый контур. Способ «звезда» предполагает соединение концов фазных обмоток в одну точку. Ее называют нулевой (нейтральной) точкой.
В случае «зигзага» каждая фазная обмотка состоит из 2-х частей на разных стержнях. Соединение 2-х частей происходит навстречу друг другу. Образовавшиеся три вывода соединяют, как «звезду».
Для трансформаторов высокого напряжения применяют соединение «звезда». Заземляется нулевая точка или конец вторичной обмотки. При объединении в «звезду» заземляют фазный провод.
Применение
Для преобразования тока, который передается по электрическим сетям, применяют силовые трансформаторы. Такие устройства способны работать с большими мощностями. Они преобразуют напряжение на линиях с 35…750 кВ в напряжение 6 и 10 кВ и далее в 400 В. После этого электроэнергией могут пользоваться потребители на бытовом уровне.
Трансформаторы тока используют, чтобы снижать ток до требуемой величины. Их применяют в схемах бесконтактного управления, чтобы обезопасить людей и технику от поражения током.
Трансформаторы тока применяют также в измерительных и защитных устройствах, схемах сигнализации и в других приборах.
[su_box style="default" title="" box_color="#BF0404" radius="0"]Особенность трансформатора тока в том, что его вторичная обмотка работает в режиме, близком к короткому замыканию. Если по какой-то причине происходит разрыв цепи на вторичной обмотке, то напряжение на ней повышается до значительных величин.
[/su_box]Скачек напряжения может вызвать поломку оборудования, включенного в сеть. Поэтому должно присутствовать защитное заземление.
Существуют также трансформаторы напряжения, импульсные трансформаторы, автотрансформаторы, сварочные и другие. Для каждого из них существуют своя схема и особенности подключения заземления. Чтобы правильно его выполнить, необходимо изучить техническую документацию к оборудованию.
Зачем заземлять
Заземление нейтрали трансформатора необходимо для создания стабильной работы электроустановки и безопасности людей, которые могут находиться на подстанции.
Рабочее заземление на трансформаторе является частью защитного. Это значит, что заземление, предназначенное для стабильной работы устройства, также защищает от поражения током.
https://www.youtube.com/watch?v=v2Ch5Ko1Cx4Правила устройства электроустановок требуют, чтобы все силовые трансформаторы были заземлены.
В трансформаторах напряжения заземляется только трансформатор. Согласно правилам устройства электроустановок у трансформатора напряжения заземление вторичной обмотки происходит путем соединения общей точки или одного из концов обмотки с заземляющим проводником.
В трансформаторах тока заземляются вторичные обмотки. Для подключения проводников предусмотрены специальные зажимы. Обмотки нескольких установок можно соединять одним проводником и подключать к одной шине.
[su_quote]В электротехнике выделяют понятие сети с эффективно заземленной нейтралью. Оно применимо для силового трансформатора, у которого заземлено большинство нейтралей обмоток (глухое заземление нейтрали).
[/su_quote]Если произойдет однофазное замыкание, то напряжение на поврежденных фазах не должно быть выше 1,4 напряжения на рабочих фазах в нормальных условиях.
Дугогасящие реакторы
В сетях, рассчитанных на 110 кВ и выше, предусмотрена защита с глухозаземленной нейтралью. Если сеть рассчитана на 35 кВ и ниже, то применяется заземление с изолированной нейтралью.
Преимущество изолированной нейтрали в том, что если произойдет замыкание фазы на земли, то это не приведет к короткому замыканию.
На трансформаторах с системой изолированной нейтрали устанавливают дугогасящие реакторы. Они компенсируют емкостные токи, возникающие при замыкании на землю.
[su_box style="default" title="" box_color="#475904" radius="0"]Дело в том, что вдоль линии электропередачи накапливается электрический заряд (емкостное электричество). И как только происходит разрыв или иное повреждение изоляции, при контакте с землей возникает ток.
[/su_box]Если он достигает 30 А, образуется разрядная дуга. В результате кабель нагревается, начинает разрушаться изоляция и вместе с ней проводник.
Такое явление приводит к двухфазному и трехфазному замыканию. Срабатывает защита, и трансформатор полностью отключается. Обесточенными остаются сотни и тысячи потребителей электроэнергии.
Чтобы этого не произошло, устанавливают дугогасящие реакторы. Нейтраль заземляют через них. Во время однофазного замыкания на землю возрастает индуктивность дугогасящего реактора. Индуктивная проводимость компенсирует емкостную, и электрическая дуга не возникает.
Через дугогасящие реакторы заземляют нейтраль первичной обмотки одного из трансформаторов сети, в которой соединение обмоток происходит по типу «звезда-треугольник».
Если произошло замыкание на землю, то благодаря такой системе заземления, трансформатор сможет работать на протяжении еще 2-х часов, пока неполадки не будут устранены.
Создание внешнего контура
Чтобы сделать внешний контур заземления трансформатора, применяют вертикальные электроды, соединенные горизонтальными перемычками. Перемычки выполняют из листовой стали толщиной 4 мм и шириной 40 мм. Электроды втыкают в грунт по периметру трансформатора.
Проверяют удельное сопротивление грунта. Оно должно составлять максимум 100 Ом*м. Исходя из этого, требуется создать контур сопротивлением максимум 4 Ом.
Если взять круг диаметром 16 м, с условным трансформатором посередине, то для создания заземляющего контура потребуется минимум восемь электродов длиной по 5 м каждый.
[su_box style="default" title="" box_color="#F27405" radius="0"]Их размещают на расстоянии приблизительно 1 м от фундамента трансформаторной станции. Чем ближе стержни будут располагаться к стене, тем лучше. Горизонтальные полоски-соединения укладывают на ребро на глубину 0,5-0,7 м.
[/su_box]Такое требование к расположению связано с вопросами безопасности. Заземлитель не должен быть поврежден при проведении каких-либо ремонтных и строительных работ.
Защита от молний
Чтобы выполнить молниезащиты трансформаторной подстанции с металлической крышей, необходимо соединить крышу с внешним контуром заземления.
Соединение происходит в двух противоположных точках. То есть в одной точке кровля соединяется с внешним контуром, и со стороны, расположенной напротив, также происходит соединение кровли с контуром. Соединительным проводником становится проволока толщиной 8 мм.
https://www.youtube.com/watch?v=UFStg3sAleAЕсли кровля не металлическая, то на ней наверху создают специальный молниеприемник.
Создание внутреннего контура
Трансформаторная подстанция разделена на 3 помещения. Отдельно делают помещения для высокого и низкого напряжения – это помещения распределительных устройств (для входа и выхода). И отдельно предусмотрена трансформаторная камера, непосредственно для трансформатора.
В каждом отделении должна быть проложена заземляющая полоса. Ее прикрепляют к стенам на высоте 0,4…0,6 м, чтобы заземлить все части из металла, не предназначенные для проведения тока. Для крепления применяют дюбеля или специальные держатели круглых и плоских заземляющих проводников.
К заземляющей полосе подключают швеллер, предназначенный для установки трансформатора. Он размещен в стяжке пола. Подсоединяют и другие детали (шинный мост, металлические элементы барьера, крепежные детали, место присоединения переносного заземления). К системе заземления подключают все опорные конструкции из металла и стальные каркасы.
Для разборных соединений применяют болты, в остальных случаях элементы сваривают между собой. Для закрепления переносного заземления используют гайку с ушками «барашек».
Перемычки делают из гибкого медного провода ПВ3. Однако изоляционную оболочку с такого провода надо снять, чтобы можно было следить за целостностью жил.
Заделку в стены осуществляют посредством вставки гильз и заполнением свободного пространства негорючим материалом. Полосу окрашивают в желтый цвет с зелеными полосами. Такую окраску имеет защитный нулевой провод.
Нулевую шину подключают к заземляющему контуру. Корпус трансформатора соединяют с контуром перемычками.
При осмотре трансформатора на вход ставят оградительный барьер и навешивают табличку «Осторожно! Высокое напряжение!».
Источник: https://evosnab.ru/ustanovka/na-obektah/zazemlenie-transformatora
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.
https://www.youtube.com/watch?v=lj-i23-xzocПри 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.
[su_box style="default" title="" box_color="#BF0404" radius="0"]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.
[/su_box]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.
https://www.youtube.com/watch?v=pkRcral1-qIЕсть 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.
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.
Источник: https://pue8.ru/elektricheskie-seti/949-rezhimy-raboty-nejtrali-transformatora-raznovidnosti-dostoinstva-i-nedostatki.html
Заземление нейтрали трансформатора 110 кв — Все об электричестве
Источниками питания потребителей являются генераторы или силовые трансформаторы. Обычно трехфазные обмотки соединяются в звезду. Общая точка этого соединения называется нейтралью. Если она напрямую или через небольшое сопротивление (трансформатор тока) соединяется с контуром заземления непосредственно у источника электроснабжения, то это – глухозаземленная нейтраль.
Работа нейтрали с заземлением – лишь один из возможных режимов ее работы. В зависимости от условий работы сети при однофазных замыканиях на землю, требуемых способов защиты людей от поражения электрическим током, способов ограничения перенапряжений используются и другие режимы:
- с незаземленной (изолированной) нейтралью;
- с компенсированной (резонансно-заземленной) нейтралью;
- с эффективно заземленной нейтралью.
Эти режимы характерны для электроустановок с напряжением 6 кВ и выше. Система с изолированной нейтралью применяется и при напряжении до 1000 В, но не столь широко, как заземленная. Она обеспечивает высокую безопасность при эксплуатации передвижных электроустановок, горных предприятий, где использование контура заземления для обеспечения электробезопасности ненадежно или неэффективно.
Установка в нейтральном проводнике компенсационных установок позволяет уменьшить емкостной ток замыкания на землю электроустановок выше 1000 В. Компенсация осуществляется за счет плавно или ступенчато изменяемой индуктивности катушки. В точке замыкания на землю ток при полной компенсации становится равным нулю. Дополнительно для эффективного срабатывания защиты используется резистивное заземление нейтрали. Она создает активную составляющую тока, на который реагирует реле ячейки, питающей поврежденную линию.
[su_quote]Эффективное заземление нейтрали применяется на линиях электропередач напряжением 110 кВ и выше.
[/su_quote]Все бытовые, сельские, дачные электросети питаются от трансформаторных подстанций с глухозаземленной нейтралью. Поэтому рассмотрим особенности ее работы поподробнее.
Конструкция сетей с глухозаземленной нейтралью
Трансформаторы и генераторы, применяемые для этих электроустановок, имеют три фазных силовых вывода и один нейтральный (нулевой). Напряжение между фазными выводами называют линейным, а между любым фазным и нулевым выводом – фазным. Линейное напряжение определяет номинальное напряжение всей электроустановки. Оно может принимать стандартные значения 220 В, 380 В и 660 В. Линейное напряжение в бытовых сетях – 380 В.
https://www.youtube.com/watch?v=WAS9ODOyqyoФазное напряжение меньше линейного в √3 раз, что соответствует 127, 220 и 380 В. При линейном 380 В фазное равно 220 В.
Таким образом, сеть 380 В с заземленной нейтралью пригодна для питания трехфазных потребителей на напряжение 380 В и однофазных на напряжение 220 В. Однофазные нагрузки подключаются между фазными и нулевыми проводниками и равномерно распределяются по фазам.
Подстанция, на которой установлен силовой трансформатор, имеет контур заземления: определенным образом соединенные между собой стальные или медные детали, заглубленные в грунт.
[su_box style="default" title="" box_color="#475904" radius="0"]Геометрические размеры контура заземления рассчитывают так, чтобы они эффективно способствовали растеканию по земле тока однофазного замыкания. Способность заземляющего устройства проводить этот ток количественно оценивается его сопротивлением растеканию.
[/su_box]Допустимые значения этого параметра регламентированы ПУЭ. Для трансформаторных подстанций сопротивление контура заземления не должно превышать 4 Ом при номинальном напряжении 380 В.
Выводы от контура заземления на подстанции присоединяются к нулевой шине – металлической полосе распределительного устройства, к которой подключается и проводник от нулевого вывода трансформатора. К этой же шине подключаются соответствующие жилы отходящих кабелей. Фазные жилы подключаются к выводам коммутационных аппаратов: рубильников, автоматических выключателей, контактным площадкам держателей предохранителей.
Кабельные линии, отходящие от подстанции, выполняются четырехжильными кабелями. В электроустановках, построенных ранее, встречаются трехжильные кабели с алюминиевой оболочкой, которая используется в качестве нулевого проводника.
Электроустановки потребителя для ввода питающего напряжения имеют вводное распределительное устройство (ВРУ). Оно также содержит нулевую шину, как и подстанция. К ней подключаются нулевые жилы питающих и отходящих кабельных линий. ВРУ имеет контур повторного заземления, который тоже подключается к нулевой шине.
Защита людей от поражения током в сети с глухозаземленной нейтралью
Теперь переходим к непосредственному объяснению того, зачем делается заземление нейтрали трансформатора и как это работает.
Теоретически для любой точки электросети потенциал нулевого проводника относительно земли равен нулю. Контур повторного заземления у потребителя делает это равенство еще более прочным, особенно, если до питающей подстанции далеко.
Поражение людей электрическим током возможно при случаях:
- Нарушения изоляции внутри электрооборудования, когда его корпус оказывается под напряжением;
- Нарушения изоляции проводов и кабелей, когда под напряжением окажутся металлоконструкции, по которым они проложены;
- Нарушения изоляции токоведущих частей или поломки электрооборудования, когда на поверхности земли или пола образуются зоны потенциалов, опасных для проходящих мимо людей (шаговое напряжение);
- Ошибки при ремонте и эксплуатации, приводящие к непосредственному прикосновению к узлам электрооборудования, находящимся под фазным напряжением.
Для исключения ситуаций, описанных пунктами 1 и 2, все корпуса электроприборов и металлоконструкции соединяются с контуром заземления. На предприятиях для этого по периметру помещений с электрооборудованием прокладывается стальная полоса, к которой присоединяются все металлические части. Так их потенциал насильственно приравнивается к потенциалу земли.
При возникновении замыкания фазных проводников на заземленный таким образом корпус, даже при отказе срабатывания защиты, ток замыкания пойдет по заземляющим проводникам к контуру заземления. Сопротивление относительно земли тела человека, который прикоснется к аварийному корпусу, намного больше, чем сопротивление между землей и корпусом. Поэтому через тело человека не пойдет ток, превышающий опасные значения.
Второй принцип защиты – быстрое отключение аварийного режима. Ведь ток пойдет не просто к контуру, он пойдет по направлению к нейтрали трансформатора. Организуется короткое замыкание, ток которого имеет большое значение. На него успешно среагирует защитная аппаратура: предохранитель или автоматический выключатель. Авария будет ликвидирована почти мгновенно, поврежденный участок отключится.
https://www.youtube.com/watch?v=-wnVx-7iH7gТеперь перейдем к пункту 3 и защите от напряжения шага. К лежащему на мокром бетонном полу оголенному проводу подходить опасно. Опасный для жизни потенциал расходится от него волнами, как круги на воде. Если ноги окажутся на участках пола с разными потенциалами, можно также получить удар электротоком.
Если в помещении такая ситуация возможна, внутри пола устраивается система выравнивания потенциалов: замуровывается металлическая сетка. Сетка в нескольких местах соединяется с контуром заземления. Таким образом, ноги прохожего оказываются зашунтированы металлическими прутьями решетки, большая часть тока пойдет мимо него.
Классификация систем заземления по ПУЭ
Описанная выше схема заземления носит обозначение TN-C. Проводник, соединяющий глухозаземленную нейтраль с потребителями, носит название совмещенного, так как служит и для передачи тока нагрузки, так и для связи корпусов электрооборудования с контуром заземления. Носит он сокращенное обозначение PEN.
На этой универсальности и вырисовывается главный недостаток такой системы. При прохождении нулевого тока нагрузки на протяжении PEN-проводника образуется разность потенциалов. Особенно это сказывается при несимметричной нагрузке фаз. Итог: потенциал на корпусах электрооборудования может отличаться от потенциала земли.
Источник: https://contur-sb.com/zazemlenie-neytrali-transformatora-110-kv/