ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ С НЕЙТРАЛЬЮ

Заявляемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для системы электроснабжения бытовых, коммунальных и сельских потребителей.
Согласно ГОСТ 24291-90 [1] электрическая сеть с заземленной нейтралью - это сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого, все или часть из них, соединены с заземляющими устройствами непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности сети. Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территориальным расположением потребителей, источников, требованиями надежности и другими соображениями
Известна электрическая сеть с нейтралью [2], структурная схема которой представлена на фиг.1, содержит участок питающей сети высокого напряжения 1, питающий трансформатор 2, подключенный первичной обмоткой 3 со схемой соединения фаз «звездой», к питающей сети высокого напряжения, обычно 10 кВ или 6 кВ, редко 35 кВ или 20 кВ; а вторичная обмотка 4 низкого напряжения, обычно 0,38 кВ, со схемой соединения фаз «звезда с нейтралью», образующая распределительную сеть 5 с нейтралью 6 и подключенной к ней четырехпроводной разветвленной линии 7, от которой непосредственно питаются электроприемники потребителей (не показано) с обязательным условием «глухого» заземления четвертого, нейтрального проводника 6.
Недостатками данной структуры известной распределенной электрической сети с нейтралью являются:
- высокое сопротивление токам нулевой последовательности, создаваемое питающим трансформатором со схемой обмоток «звезда-звезда с нейтралью», что приводит к значительным потерям напряжения и энергии, как во вторичной обмотке, так и в линии нейтрального проводника. Известно, что в таких сетях до 80% всех потерь энергии приходится именно на участок распределительной сети низкого напряжения;
- низкие эксплуатационные показатели питающего трансформатора со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда с нейтралью», в случае его применения вместо питающего трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нейтралью», что связано, прежде всего, с особенностью соединения выводов первичной обмотки по схеме ««треугольника» - три вывода, расположенные у основания стержней трансформатора, находясь под высоким напряжением 10(6) или 35 кВ, содают на порядок большую по величине напряженность электрического поля по сравнению с обмоткой, выполненной по схеме «звезда», относительно «земли» или бака трансформатора, что значительно ускоряет процесс износа, старения и, в конце концов, пробоя изоляционной среды (обычно трансформаторного масла). Особенно этот фактор проявляется в сельских распределительных сетях, где по этой причине применяется в основном трансформатор со схемой «звезда - звезда с нейтралью». К тому же известно, что стоимость трансформатора со схемой «треугольник - звезда с нейтралью» в среднем на 30% больше, чем со схемой «звезда - звезда с нейтралью»;
- относительно высокое значение фазного напряжения распределительной сети относительно «земли» - 220 В, что значительно больше безопасного, согласно ПТБ и ПЭУ, напряжения переменного тока величиной 48 В. Особенно серьезно этот фактор влияет на безопасность работы с электрооборудованием, подключенным к такой сети в сельской местности. Как известно, централизованная электрификация сельского хозяйства началась в нашей стране в 1956 году, была основана на внедрении распределительной сети с нейтралью, именно номинальным значением 0,38 кВ, по причине наиболее быстрого использования серийного оборудования и опыта, уже накопленного в промышленности при использовании цеховых сетей 0,38 кВ.
Техническим результатом, достигаемым заявляемой электрической сетью с нейтралью, является повышение безопасности работы с электрооборудованием за счет уменьшения фазного напряжения распределительной сети для электроприемников бытового назначения, а значит, и уменьшение важного эксплуатационного показателя - «напряжения прикосновения».
Технический результат достигается тем, что в электрической сети с нейтралью, содержащей участок питающей сети высокого напряжения, питающий трансформатор, который первичной обмоткой подключен к питающей сети высокого напряжения; а вторичная обмотка низкого напряжения которого подключена к распределительной сети с глухим заземлением четвертого, нейтрального проводника, согласно полезной модели питающий трансформатор выполнен со схемой соединения обмоток «звезда-звезда», а распределительная сеть выполнена в виде двух участков: повышенного номинального напряжения и пониженного номинального напряжения, причем, участок распределительной сети повышенного напряжения выполнен в виде трехпроводной разветвленной питающей линии и подключен ко вторичной обмотке питающего трансформатора; а участок распределительной сети пониженного напряжения выполнен в виде четырехпроводной разветвленной линии с глухим заземлением четвертого, нейтрального проводника и подключен к низковольтному участку распределительной сети повышенного напряжения посредством трансформатора связи со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда с нейтралью».
Заявляемая полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - схема электрической сети с нейтралью - наиболее близкий аналог.
Фиг.2 - схема заявляемой электрической сети с нейтралью.
Перечень позиций.
1 - участок питающей сети высокого напряжения;
2 - питающий трансформатор;
3 - первичная обмотка питающего трансформатора 2;
4 - вторичная обмотка питающего трансформатора 2;
5 - распределительная сеть;
6 - «глухое» заземление четвертого, нейтрального проводника;
7 - четырехпроводная разветвленная линия на фиг.1.
8 - участок повышенного напряжения распределительной сети 5 на фиг.2;
9 - участок пониженного напряжения распределительной сети 5 на фиг.2;
10 - трансформатор связи;
11 - обмотка трансформатора связи 10 по схеме «треугольник»;
12 - обмотка трансформатора 10 по схеме «звезда с нейтралью».
Заявляемая электрическая сеть с нейтралью (фиг.2) содержит участок питающей сети высокого напряжения 1 и питающий трансформатор 2, выполненный со схемой соединения обмоток «звезда-звезда», и подключенный первичной обмоткой 3, выполненный по схеме «звезда», к питающей сети высокого напряжения, а вторичной обмоткой 4 низкого напряжения, выполненной по схеме «звезда»,подключен к распределительной сети 5 с глухим заземлением 6 четвертого, нейтрального проводника.
Распределительная сеть 5 выполнена в виде двух участков: участка 8 повышенного номинального напряжения 1,14 кВ и участка 9 пониженного номинального напряжения 0,23 кВ. Участок 8 сети повышенного напряжения выполнен в виде трехпроводной разветвленной линии и подключен ко вторичной обмотке 4 питающего трансформатора 2, выполненной по схеме «звезда».
Участок 9 сети пониженного напряжения выполнен в виде четырехпроводной разветвленной линии и подключен к участку 8 сети повышенного напряжения посредством трансформатора связи 10 со схемой соединения обмоток 11,12 «треугольник-звезда с нейтралью».
При выполнении в заявляемой электрической сети с нейтралью распределительной сети 5, состоящей из двух участков: повышенного 8 с номинальным напряжением 1,14 кВ и пониженного 9 с номинальным напряжением 0,23 кВ распределительная сеть остается с позиции ПУЭ (Правила устройства электроустановок. Утв. Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204) в классе «низкого напряжения» до 1 кВ, что важно, поскольку не повышается допустимый уровень группы допуска по ТБ (Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей) для оперативного персонала, работающего и на напряжении 0, 4 кВ. Таким образом, достигается технический результат - повышение безопасности работы с электрооборудованием за счет уменьшения фазного напряжения распределительной сети.
Участок 8 распределительной сети повышенного напряжения питается от трансформатора 2 со схемой соединения обмоток «звезда-звезда», чем исключается на этом участке нейтральный проводник и проблема тока и сопротивления нулевой последовательности. Разветвленная линия данного участка является трехпроводной, сохранив главное конструктивное достоинство трансформатора «звезда-звезда» - простоту выполнения обмоток на трех стержнях сердечника при высоком эксплуатационном показателе - низком уровне напряжения электрического поля внизу, у основания сердечника и бака трансформатора, что способствует повышению безопасности работы электрооборудования.
Кроме того, этот участок может использоваться для питания мощных трехфазных нагрузок типа электродвигателей, например, для вращения насосов, подъемников лифтов, вентиляторов, что значительно расширяет функциональные возможности заявляемой электрической сети.
Участок 9 распределительной сети пониженного напряжения питается от трансформатора связи 10 со схемой соединения обмоток «треугольник - звезда с нейтралью», исключив, тем самым, повышенное сопротивление токам нулевой последовательности на данном участке сети (по сравнению с сетью с трансформатором «звезда - звезда с нейтралью»), сохранив в то же время условие «глухого» заземления нейтрали, обязательное для системы электроснабжения бытовых, коммунальных и сельских потребителей. При этом, поскольку фазное напряжение данного участка сети значением 127 В относительно незначительно превышает безопасное значение напряжения 48 В, то и поражаемость и травмируемость обслуживающего персонала будет намного ниже, чем в распределительной сети 0,38 кВ, что особенно важно для сельской местности. При этом сохраняется возможность эксплуатации всех серийных электроприемников, как однофазных, так и трехфазных (включаемых по схеме «треугольника»). Однофазные электроприемники с номинальным напряжением 220 В будут подключаться к междуфазному линейному напряжению 220 В данной распределительной сети и, тем самым, не будут загружать ее нейтраль рабочими токами, что позволит данную нейтраль использовать по прямому назначению -для защитного отключения, без лишних потерь напряжения и энергии.
Заявляемая полезная модель может быть широко использована в качестве простой, безопасной и надежной трехфазной электрической сети с нейтралью для системы электроснабжения бытовых, коммунальных и сельских потребителей.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. ГОСТ 24291-90. Электрическая часть электростанции и электрической сети. М.: Госстандарт. Введен 27.12.1990 г.
2. Глазунов А.А., Глазунов А.А. Электрические сети и системы. - М., Л.: Госэнергоиздат. 1960. 368 с. - наиболее близкий аналог.