Нейтраль — это… Определение, устройство и назначение

Для тех, кто каждый день имеет дело с электрическими проводами, знают, с чем связана расцветка изоляции проводников. При этом, следует отметить, что выпускаются провода, не имеющие цветовой маркировки. Как правило, с такими электрическими проводами работать сложнее, так как приходится пользоваться специальными инструментами для определения фазных и нулевых проводников, а также заземления.

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

1. Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
2. Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
3. Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
4. Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Расцветка в сети 220В и 380В

Монтаж одно- и трехфазных электрических сетей облегчается, если проводка выполнена многоцветным проводом. Ранее для однофазной квартирной проводки использовали плоский двухжильный провод белого цвета. При монтаже и ремонте для исключения ошибок необходимо было прозванивать каждую жилу в отдельности.

Выпуск кабельной продукции с окраской жил разными цветами снижает трудоемкость работ. Для обозначения фазы и нуля в однофазной проводке принято использовать следующие цвета:

• красный, коричневый или черный — фазный провод;
• остальные цвета (предпочтительно синий) — нулевой провод.

Маркировка фаз в трехфазной сети немного отличается:

• красный (коричневый) — 1 фаза;
• черный — 2 фаза;
• серый (белый) — 3 фаза;
• синий (голубой) — рабочий ноль (нейтраль)
• желто-зеленый — заземление.

Кабельная продукция отечественного производства соответствует стандарту окраски жил, поэтому многофазный кабель содержит разноокрашенные жилы, где фаза — белый, красный и черный, ноль — синий, а земля — желто-зеленый проводники.

При обслуживании сетей, смонтированных по современным стандартам, можно безошибочно определить назначение проводов в распределительных коробках. При наличии жгута разноцветных проводов коричневый из них будет обязательно фазным. Нулевой провод в распределительных коробках ответвлений и разрывов не имеет. Исключение составляют отводы к многополюсным коммутирующим аппаратам с полным размыканием цепи.

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Как отмечалось выше, нейтраль – это соединение нулевого проводника трехфазного силового трансформатора или генератора. Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему энергетического оборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник.

Остальные варианты реализованы через заземление нулевого проводника на землю, ДГК, низкоомный резистор. Последние в основном используются на подстанциях, которые преобразуют электрическую энергию высокого напряжения на низкое, потребительское. Принципиальная схема – звезда.

Напряжение 110 Вольт

В некоторых случаях разность потенциалов между нейтралью и землёй составляет 110В, или половину сетевого. Это связано с особенностями электросхемы некоторых бытовых приборов. Электронная аппаратура этих устройств, с одной стороны, чувствительна к высокочастотным помехам, а с другой стороны, сама является источником этих помех.

Для защиты от этого явления в аппарате параллельно сетевому кабелю устанавливается два конденсатора, включённых последовательно. Соединение этих элементов, в свою очередь, подключается к корпусу электроприбора и заземляющему проводнику питающего кабеля.

При включении аппарата в розетку на корпусе такого устройства и заземляющей клемме вилки появляется напряжение 110В. В том случае, если электропроводка выполнена по трёхпроводной схеме с заземляющим проводом, который не подключён к контуру заземления или подходящему к зданию проводнику РЕ на всех заземляющих проводах и клеммах квартиры или дома появится высокое напряжение.

Изолированная нейтраль в электрических сетях

Применяется в распределительных сетях 6-35 кВ. Что касается физических проявлений изолированной нейтрали, напряжение возрастает до линейного. Основное назначение подобного типа связывается со следующими моментам:

1. Сеть не отключается, продолжает работать. Потребители на фазах без замыкания используют однофазные бытовые приборы до отключения линии. Перекос по напряжению в сетях 0,4 кВ отсутствует, в сетях 6-35 увеличивается до линейного.
2. Реализация таких сетей в разы дешевле в обслуживании, что позволяет экономить значительные средства на распределение электрической энергии.
3. Высокая надежность работы, особенно на воздушных линиях электропередач. Падение ветки не отключит фидер и обеспечит его работоспособность.

Главными недостатками изолированных сетей считаются:

1. При однофазном замыкании сеть продолжает работать, защиты не срабатывают, что иногда приводит к несчастным случаям с населением.
2. Наличие феррорезонансных процессов и возникновение реактивной мощности, которая ухудшает качество электрической энергии.

Резистор и напряжение 110 кВ и выше: как исполнена нулевая точка?

Эффективное заземление – это особый вид нулевого проводника, присоединенного к специализированному оборудования, который применяется в электроустановках выше 1 кВ. Для распределительных сетей используется вариант с заземлением через низкоомные резисторы, которые обеспечивают отключение линии при однофазном замыкании на землю без выдержки времени.

Линии высокого напряжения 110 кВ и выше также используют представленный тип нейтрали, что обеспечивает быстроту срабатывания защит. Для повышения чувствительности работы «релейки» у каждого силового трансформатора имеется специальное оборудование ЗОН. Одноколонковый заземлитель нейтрали обеспечивает также защиту от перегруза.

Защитные функции нулевого и заземляющего проводников

Для защиты от поражения электрическим током при нарушении изоляции между корпусом оборудования и элементами электросхемы, находящимися под напряжением, металлические детали корпуса необходимо заземлять. Для этого допускается использовать только защитный заземляющий проводник РЕ.

Нейтраль N так же соединяется с глухозаземлённой нейтралью трансформатора, но соединение с контуром заземления при помощи этого проводника называется «зануление» и выполнять его запрещено по целому ряду причин:

• нейтральный провод, особенно в однофазных сетях, подключается через автоматический выключатель, что для защитного заземления запрещено согласно ПУЭ 1.7.83;
• повышенная, по сравнению с заземлением, опасность выхода этого провода из строя, связанная с протеканием по нему тока;
• при обрыве или отключении защитного зануления напряжение в розетке отсутствует, но корпус при этом окажется присоединённым к фазному проводнику через нейтраль сети и включённые электроприборы.

Эти провода прекладываются раздельно от потребителя до трансформаторной подстанции, где они подсоединяются к глухозаземлённой нейтрали трансформатора.

Современные нормы ПУЭ допускают монтаж объединённого провода PEN на участке от трансформатора до вводного электрощита в многоквартирном здании или отвода от воздушной линии к частному дому, где этот проводник разделяется на провода N(нейтраль) и РЕ(земля).

Заземление через низкоомные резисторы

Использование низкоомных резисторов считается идеальным решением в плане безопасности людей в распределительных сетях, а также в вопросах сохранения изоляции кабельных линий. Реализация защит предполагает выведение нулевой точки на специализированное оборудование, которое обладает меньшим омическим сопротивлением и дает сигнал на отключение линии. Фидер отключается с минимальной выдержкой времени, что является одним из достоинств. К прочим необходимо отнести:

• Первое, это нейтраль, которая при появление «земли» точно определяет поврежденное направление и отключает требуемую линию.
• Второе: нет необходимости в дополнительных расчетах и составлении режимных карт при ограниченных возможностях кольцевания распределительных сетей.

Важными недостатками такого типа заземления:

1. Не эффективен при больших токах замыкания на землю, так как появляются проблемы на подстанциях, где установлены низкоомные резисторы.
2. Низкая эффективность на ВЛ, а также на линиях большой протяженности. В первом случае малейшее приближение веток деревьев станет причиной отключения фидера. Особенно актуально с потребителями 1 особой, 1 и 2 категории.
3. Лишние отключения, которые возникают из-за неправильного срабатывания защит (отсутствие АПВ), предполагает простои в потреблении, материальные потери энергоснабжающей организации.

Глухое заземление силовых трансформаторов на землю

Все, что связано с распределительной сетью 0,4 кВ – это нейтраль с глухим заземлением на землю. Представленному типу отводится особое место и роль в плане безопасности. При появлении короткого замыкания на землю срабатывает защита, в частности, перегорают ПН-2 или отключается автомат. Относительно такой сети разрабатываются и защиты для проводки в домах и квартирах. Ярким примером является действие УЗО, обеспечивающее выявление токов утечки.

Основными преимуществами такого типа нейтрали считаются:

1. Идеально подходит для распределения электрической энергии, обеспечивает работоспособность бытового и специализированного однофазного/трехфазного оборудования.
2. Схема защиты не требует специализированного и дорогого оборудования. Технические средства по типу предохранителей или автоматов легко справляются с глухим замыканием на землю.

К недостаткам относится:

1. Защиты нечувствительны при дальнем КЗ. Необходимо точный расчет омического сопротивления петли фазы-нуль и правильный выбор автоматов или предохранителей.
2. Срабатывания не возникает при отсутствии замыкания на землю. Это представляет опасность для человека, что корректируется через использование изолированных проводов.

Ликбез

Давайте разберемся, чем являются ноль и фаза, а затем перейдем к заземлению.

Фаза – это линия непосредственной подачи тока. Следовательно, используя ноль, ток возвращается в обратном направлении, а именно к нулевому контуру. Кроме того он выравнивает фазное напряжения, выполняя стабилизационную роль в фазной проводке.

Земля (заземляющий провод) – не под напряжением в принципе. У него есть одна функция – защита потребителя. Если сказать грубо, то «земля» в случае утечки отведет остаточный ток, не дав ему поразить человека.

Хотелось бы думать, что столь простое объяснение несколько прояснило ситуацию, и теперь вы понимаете какая роль у каждого проводника из комплекта: фаза, ноль, земля. Если вы планируете работать с проводами самостоятельно, то дополнительно, рекомендуем изучить цветовую палитру, которой производители отмечают предназначение полупроводников внутри кабеля.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются:

1. Основное преимущество связывается с назначением оборудования. Высокая степень защиты изоляции кабельных линий при правильной подстройке.

Недостатками сети с таким типом нейтрали считаются:

1. Трудность настройки. Может возникнуть недокомпенсация или перекомпенсация, что не позволит правильно использовать оборудование. Для выстраивания необходим расчет индуктивности токов в зависимости от длины линии, мощности трансформаторов. В случае изменения схемы или добавления энергооборудования, плунжерные трансформаторы не всегда справляются с поставленными задачами.
2. Неправильно настроенное оборудование и высокий износ кабельных линий приводит к цепной реакции, которая предполагает выход из строя нескольких слабых участков сети.
3. Повышение технических потерь, которые возникают во время работы, а также проблемы безопасности. Компенсация тока на подстанции реализовывается относительно земли.
4. Невозможность определения линии, где произошло замыкание. Процесс выбора фидера с «землей» осуществляется через сравнение токов гармоник, что не всегда считается эффективным средством получения достоверной информации.

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.

Нулевой проводник и дугогасящая катушка, реактор

Разница резонансно-заземленной нейтрали связывается с используемым оборудованием. Как отмечалось выше, нулевая точка может располагаться на дугогасящей катушке плунжерного типа или на регулируемом реакторе. Основные отличия связываются со следующими моментами:

1. ДГК предполагает компенсацию через отстроенную систему плунжерных трансформаторов. Настройка реализована через расчеты реальной сети службой релейной защиты. При возникновении замыкания на землю происходит компенсация токов, основанная на индуктивности. Процесс не регулируется и не подстраивается, что является неприятным моментом в случае появления «земли» в нескольких точках разных линий.
2. ДГР – более современное оборудование, которое предполагает использование автоматических систем определения индуктивности сети. Среди популярных вариантов считаются реакторы типа «РУОМ» с подстройкой «САМУР». Реализация опроса выполняется в реальном времени, что обеспечивает работоспособность даже при нескольких повреждениях с замыканием на землю.

Неважно глухозаземлена нейтраль или изолирована, применение каждого типа найдет место в современной электроэнергетике. А знание особенностей позволит разобраться с физической сущностью вопроса.