Трехфазные системы электроснабжения подразделяют на следующие виды:
с незаземленной (или изолированной) нейтралью;
с глухозаземленной нейтралью; к ним относятся также четырехпроводные системы (с нулевым проводом);
с нейтралью, заземленной через дугогасящие катушки.
Рис. 3. Трехфазная система с изолированной нейтралью: а— нормальный режим работы, б — замыкание одной фазы на землю
Нейтралью или нейтральной точкой называется точка трехфазной обмотки (генератора или трансформатора), которая имеет одинаковое напряжение по отношению ко всем внешним зажимам. Такая точка получается при соединении обмоток в звезду.
Трехфазная система с незаземленной нейтралью приведена на рис. 3. Буквами А, В и С на схеме обозначены внешние зажимы
выводов фазных обмоток, а нулем (0) — нейтральная точка. Напряжение между внешним зажимом любой фазы и нейтральной точкой называют фазным UФ, причем
Напряжение между внешними зажимами двух любых фаз называют междуфазным (или линейным) Uл:
Как известно,
Провода каждой фазы сети переменного тока в зависимости от их длины и конструкции обладают по отношению к земле определенной емкостью, которая на рис. 3 условно показана в виде конденсаторов.
В нормальных условиях (рис. 3, а) емкости всех трех фаз равны и в проводах сети протекают одинаковые по величине емкостные токи, которые называют зарядными Iзар. Сумма зарядных токов трехфазной сети равна нулю, и ток через землю не протекает. Напряжение фаз относительно земли в нормальных условиях определяется общей емкостью установки и не превосходит фазного напряжения.
При однофазном замыкании на землю (рис. 3, б) напряжение поврежденной фазы по отношению к земле станет равным нулю, а напряжение неповрежденных фаз (Л и В) по отношению к земле — междуфазному напряжению. Сумма емкостных токов трех фаз в этом случае уже не будет равна нулю, так как поврежденная фаза не будет обладать емкостью по отношению к земле. Поэтому в земле потечет емкостный ток замыкания па землю Iемк, величина которого зависит от емкости фаз по отношению к земле, напряжения и частоты переменного тока установки.
Если в месте замыкания фазы на землю образуется дуга, в сети возникают значительные индукционные перенапряжения, в результате которых может быть повреждена изоляция исправных фаз, что приведет к короткому замыканию.
Трехфазная система с глухозаземленной нейтралью представлена на рис. 4. Заземленную нейтральную точку называют нулевой, так как ее потенциал (напряжение) по отношению к земле равен нулю.
При глухом заземлении нейтрали замыкание любой фазы на землю вызывает однофазное короткое замыкание и отключение поврежденного участка, что предупреждает возникновение перемежающейся дуги и перенапряжений. В установках, питающихся от мощных трансформаторов, токи однофазных коротких замыканий Iк достигают больших, опасных величин. Для ограничения таких токов нейтраль заземляют через реактор, т. е. мощную катушку индуктивности (рис. 5).
Рис. 4. Трехфазная система с глухозаземленной нейтралью
Глухое заземление нейтрали применяют в высоковольтных сетях, а также широко используют в низковольтных потребительских сетях напряжением 380/220 и 220/127 в, при этом создают четырехпроводные сети, включающие в себя три фазных провода и нулевой. В таких сетях трехфазные электрические двигатели присоединяют к фазным проводам, т. е. на междуфазное напряжение, а лампы электрического освещения — к одному из фазных проводов и нулевому, т. е. на фазное напряжение (рис. 6).
Рис. 5. Трехфазная система с нейтралью, заземленной через реактор
Нулевой провод в четырехпроводных сетях используют и как заземляющий. С этим проводом соединяют все металлические части установки, которые при повреждении изоляции могут оказаться под напряжением и вызвать поражение людей электрическим током. При соединении же этих частей с нулевым проводом, т. е. при их заземлении, такая опасность исчезает, так как при замыкании какой-либо фазы на заземленную металлическую часть произойдет короткое замыкание данной фазы на нулевой провод и фаза отключится под действием защитных аппаратов (предохранителей или автоматов).
Заземлению подлежат: корпуса электродвигателей; металлические кожухи пусковой аппаратуры; трубы, в которых проложены провода; металлические части осветительной арматуры; шкафы, в которых установлены распределительные устройства, и т. д.
Рис. 6. Четырехпроводная трехфазная система напряжением 380/220 в с глухозаземленной нейтралью
Трехфазные системы с нейтралью, заземленной через дугогасящие катушки (рис. 7), применяют в установках с большими токами замыкания на землю при напряжении до 35 кВ.
Рис. 7. Трехфазная система с нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку
Дугогасящая катушка обладает незначительным активным и большим индуктивным сопротивлениями (последнее регулируется зазором сердечника). Дугогасящие катушки повышают надежность электроснабжения, так как при кратковременных замыканиях на землю дуга в месте замыкания гасится и линия не отключается.
При глухом однофазном замыкании на землю катушка оказывается под фазным напряжении. Через место замыкания начинают протекать противоположно направленные токи: емкостный ток замыкания на землю и индуктивный ток Iинд катушки, сдвинутые по фазе на 180°. Компенсируя друг друга, они создают в месте замыкания некоторый уравнительный ток. Величина уравнительного тока не настолько велика, чтобы поддерживать горение дуги, поэтому она гаснет.
