Свойства сетей с изолированной нейтралью. Сети с изолированной нейтралью: особенности, достоинства и недостатки

Что такое сеть с изолированной нейтралью. Какие преимущества дает изолированная нейтраль. Какие недостатки имеют сети с изолированной нейтралью. Где применяются такие сети. Как работает защита в сетях с изолированной нейтралью.

Что такое сеть с изолированной нейтралью

Сеть с изолированной нейтралью — это электрическая сеть, в которой нейтральная точка источника питания (трансформатора или генератора) не имеет непосредственного соединения с землей. Нейтраль либо полностью изолирована от земли, либо соединена с ней через приборы, имеющие большое сопротивление.

В таких сетях при нормальном режиме работы напряжение нейтрали относительно земли близко к нулю. Однако при замыкании одной из фаз на землю напряжение нейтрали смещается и становится равным фазному напряжению.

Преимущества сетей с изолированной нейтралью

Основные достоинства сетей с изолированной нейтралью:

• Высокая надежность электроснабжения. При однофазном замыкании на землю сеть может продолжать работу.
• Малые токи замыкания на землю. Это снижает опасность поражения электрическим током.
• Отсутствие необходимости в нулевом рабочем проводнике.
• Упрощенные требования к заземляющим устройствам.
• Возможность самоликвидации однофазных замыканий на землю.

Недостатки сетей с изолированной нейтралью

К основным недостаткам таких сетей относятся:

• Возможность возникновения перенапряжений при дуговых замыканиях на землю.
• Сложность обнаружения места повреждения при однофазном замыкании.
• Необходимость применения специальных устройств защиты от замыканий на землю.
• Возможность появления феррорезонансных процессов.
• Повышенные требования к изоляции электрооборудования.

Области применения сетей с изолированной нейтралью

Сети с изолированной нейтралью применяются:

• В распределительных сетях среднего напряжения 6-35 кВ
• В шахтных и карьерных сетях
• На электрифицированном транспорте
• В сетях собственных нужд электростанций
• В ряде промышленных сетей до 1000 В

Выбор режима нейтрали зависит от требований к надежности электроснабжения, условий электробезопасности, экономических факторов.

Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью

При замыкании одной фазы на землю в сети с изолированной нейтралью протекает ток, обусловленный емкостными проводимостями фаз относительно земли. Величина этого тока зависит от:

• Напряжения сети
• Суммарной длины линий
• Типа линий (кабельные или воздушные)
• Емкости фаз относительно земли

Для воздушных линий 6-35 кВ ток однофазного замыкания на землю обычно не превышает 10-30 А. В кабельных сетях он может достигать сотен ампер.

Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью

Для защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью применяются:

• Токовые защиты нулевой последовательности
• Направленные защиты нулевой последовательности
• Защиты по напряжению нулевой последовательности
• Устройства контроля изоляции

Эти защиты позволяют обнаружить поврежденное присоединение и при необходимости отключить его.

Режимы работы нейтрали в электрических сетях

Помимо изолированной нейтрали, в электрических сетях могут применяться следующие режимы нейтрали:

• Глухозаземленная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.
• Эффективно заземленная нейтраль — режим, при котором коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.
• Компенсированная нейтраль — нейтраль заземляется через дугогасящий реактор, компенсирующий емкостный ток замыкания на землю.

Выбор режима нейтрали зависит от класса напряжения, типа сети, требований к надежности электроснабжения и другихфакторов.

Особенности эксплуатации сетей с изолированной нейтралью

При эксплуатации сетей с изолированной нейтралью необходимо учитывать следующие особенности:

• Необходимость систематического контроля изоляции
• Возможность длительной работы с однофазным замыканием на землю
• Повышенные требования к защите от перенапряжений
• Сложность определения места повреждения при замыканиях на землю
• Необходимость применения специальных устройств защиты и автоматики

Соблюдение этих требований позволяет обеспечить надежную и безопасную работу сетей с изолированной нейтралью.

Сравнение сетей с изолированной и заземленной нейтралью

Основные различия между сетями с изолированной и глухозаземленной нейтралью:

Параметр	Изолированная нейтраль	Глухозаземленная нейтраль
Ток замыкания на землю	Малый (единицы — десятки ампер)	Большой (сотни — тысячи ампер)
Возможность работы при замыкании на землю	Есть	Нет
Перенапряжения при замыканиях	Возможны	Отсутствуют
Сложность защиты от замыканий на землю	Высокая	Низкая
Требования к заземляющим устройствам	Менее жесткие	Более жесткие

Выбор режима нейтрали производится на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом конкретных условий.

Заключение

Сети с изолированной нейтралью имеют ряд важных преимуществ, главное из которых — возможность обеспечения бесперебойного электроснабжения при однофазных замыканиях на землю. Однако они требуют применения специальных мер по ограничению перенапряжений и защите от замыканий на землю. Правильный выбор режима нейтрали и соблюдение особенностей эксплуатации позволяют эффективно использовать достоинства таких сетей.

Достоинства и недостатки сетей с изолированной нейтралью — Студопедия

Рассмотрим основные достоинства и недостатки сети с изолированной нейтралью.

Достоинства

1. Высокая надежность работы электрической сети – до 95 % замыканий на землю простые и не требуют отключения.

2. Простота выполнения, а также экономия на устройствах релейной защиты.

Например, допускается не устанавливать трансформатор тока на одну из фаз (обычно фазу В).

3. Невысокие требования к заземляющим устройствам.

Так, для сетей с изолированной нейтралью напряжением 6–35 кВ сопротивление заземляющего устройства рассчитывается как

. (2.7)

При общем заземляющем устройстве сетей 6−10/0,4−0,66 кВ

. (2.8)

Недостатки

1. Повышение напряжения до линейного. При изолированной нейтрали

.

2. Дуговые коммутационные перенапряжения, что требует повышения уровня изоляции.

3. Наброс реактивной мощности, что изменяет качество потребляемой энергии.

4. Возможность возникновения феррорезонансных процессов.

Однако большие величины емкостного тока значительно увеличивают величину перенапряжений и могут вызвать расплавление изоляции и переход простого замыкания в КЗ. Допустимые значения емкостного тока, вызывающие перенапряжения не более 2,5, даны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Допустимые значения емкостного тока

№ п/п	Класс напряжения, кВ	Допустимое значение емкостного ток, А
	3 – 6
	15 – 20
	генераторные цепи
	ЛЭП на ж/б опорах

При превышении допустимого значения емкостного тока необходима его компенсация.

Емкостный ток для кабельных и воздушных линий приближенно может быть определен:

− кабельные линии: ; (2.9)

− воздушные линии: , (2.10)

где l_∑ – суммарная длина электрически связанных линий, км;

U – напряжение сети, кВ;

I_с – емкостный ток, А.

Значительное увеличение тока замыкания на землю дает применение батарей статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности. Их применение всегда требует компенсации емкостных токов замыкания на землю.

2.4. Трехфазные сети с компенсацией емкостного тока.

Достоинства и недостатки

В сетях напряжения 3 … 20 кВ и небольшой протяженности воздушных и кабельных линий ток замыкания фазы на землю со­ставляет несколько ампер. Дуга в этом случае оказывается неус­тойчивой и самостоятельно гаснет. Такие сети могут нормально работать в режиме простого замыкания. Увели­чение напряжения и протяженности сети приводит к росту тока замыкания на землю до десятков и сотен ампер. Дуга при таких токах может гореть долго, она часто переходит на соседние фазы, превращая однофазное замыкание в двух- или трехфазное. Устранение дуги достигается за счет компенсации тока замыкания на землю.

В качестве дугогасящего аппарата возможно применение шунтирующих и дугогасящих реакторов.

Для трех шунтирующих реакторов схема включения дана на рисунке 2.9.

A

B

C

Рис. 2.9. Схема включения шунтирующих реакторов

Для шунтирующих реакторов (рис. 2.9) справедливы следующие выражения:

, , ; . (2.11)

A

B

I_L

C

ДГР С₀ С₀ С₀

Рис 2.10. Схема включения дугогасящего реактора

Для дугогасящего реактора ДГР (рис. 2.10) индуктивность

; ; %, (2.12)

где k – степень настройки компенсации; ν – степень расстройки компенсации.

Перенапряжения в сетях с компенсацией емкостного тока уменьшаются и не превышают значений

при % (2.13)

Реально в электрических сетях используется только дугогасящий реактор в нейтрали, как наиболее экономичный.

Определим основные достоинства и недостатки сетей с компенсацией емкостного тока.

Достоинства такие же, как и в сетях с изолированной нейтралью при меньших уровнях перенапряжений. Кроме этого, для таких сетей практически полностью устраняется возможность возникновения феррорезонансных процессов.

Недостатки такие же, как и в сетях с изолированной нейтралью. Кроме того, возникают дополнительные затраты на амортизацию и обслуживание ДГР таких сетей. Коэффициент замыкания фазы на землю .

Область применения:

1. Сети напряжением 6–10 кВ.

2. Сети с питанием на генераторном напряжении.

3. Сети 35 кВ.

Виды нейтралей электроустановок — ElectrikTop.ru

Нейтраль – та часть электроустановки, которая имеет нулевой потенциал относительно физической земли или ее токопроводящих элементов. Трехфазные цепи могут иметь как технологическую, имеющую физическое соединение с токопроводящими частями, так и конструктивную, отдельную от них нейтраль. Это зависит от способа соединения выходных обмоток силовых трансформаторов.

В первом случае – звездой, во втором – треугольником. Поскольку в этом проводнике течет ток, что происходит в результате или аварии, или технологического перекоса фаз, выражение «режим работы нейтрали» имеет полное право на существование. О том, каким он может быть, и о способах подключения нейтральных проводников пойдет речь в этой статье.

Режимы заземления нейтрали

В экзаменационных билетах по электробезопасности для монтеров, работающих с установками напряжением до 1000 вольт, есть вопрос: «С какой нейтралью должны работать электрические сети напряжением 10 кВ?» Правильный ответ: «С изолированной». Однако существуют и другие режимы работы нейтралей в электроустановках:

1. Эффективное заземление.
2. Глухое заземление.

От их выбора зависит множество факторов:

• Бесперебойность электроснабжения.
• Безопасность обслуживающего персонала и электроустановок в случае замыкания одной из фаз на землю.
• Величины токов в местах повреждений.
• Схема построения релейной защиты.

Различные типы электрических сетей по-разному подключаются к нейтрали и реагируют на аварийные ситуации.

Высоковольтные магистральные электросети

К ним относятся все электросети, линейное (между фазными проводниками) напряжение в которых превышает 35 кВ. Выходные (статорные) обмотки промышленных электрогенераторов соединяют треугольником. Это связано с меньшим уровнем электрических потерь и отсутствием технологического перекоса фаз, что напрямую влияет на качество подаваемой потребителям электрической энергии.

При однофазном пробое на физическую землю – в случае обрыва провода или изменения диэлектрических свойств изоляторов на опорах, происходит падение линейного напряжения до нуля в аварийной фазе и рост в 1,7 раза в работоспособных.

Чтобы избежать электрического пробоя изоляторов рабочих фаз и не увеличивать их без того немалые размеры, в этом случае применяется способ подключения, называемый «эффективной нейтралью». Он заключается в том, что на промежуточных силовых подстанциях выходные обмотки трансформаторов, использующиеся для обеспечения их внутренних нужд (например, обогрева, сигнализации), включаются по схеме «звезда», общий провод которой наглухо соединяется с физической землей.

В результате напряжение в неповрежденных фазах растет не более, чем в 1,4 раза, а ток короткого замыкания ограничивается на уровне, который недостаточен для срабатывания реле защиты. Это позволяет не прерывать электроснабжение на время большее, чем то, что определено нормативами правил эксплуатации электроустановок для различных типов потребителей.

Магистральные электросети среднего напряжения

Электрическая сеть, линейное напряжение в которой от 6 до 35 кВ. Обмотки силовых трансформаторов соединяются звездой. Нейтраль изолированная, она не имеет физического контакта с землей. Это делается по трем причинам:

1. Меньшие токи, что позволяет уменьшить размеры изоляторов – меньше вес, меньше нагрузка на опоры, возможна экономия при их производстве и монтаже.
2. В сетях с изолированной нейтралью токи между фазами имеют емкостной характер, поэтому при пробое одной из них не возникает короткого замыкания. Ток как бы стекает с поврежденного проводника на землю и рассеивается ею.
3. Нет необходимости тянуть четвертую линию, не имеющую функционального назначения.

В результате при аварии линейное напряжение растет в 1,7 раза, что для промежуточных силовых трансформаторов на линии не является критическим режимом. Электроснабжение продолжается по двум оставшимся линиям. Опасность представляет только оборванный провод в радиусе 10–30 метров – создается зона, где возможно возникновение так называемого шагового напряжения.

Однако при малом сопротивлении физической земли (в результате дождей, при прокладке электролинии по болотам) ток в поврежденном проводнике может достигнуть значения, достаточного для возникновения электрической дуги. В этом случае применяется так называемая компенсированная нейтраль.

Сущность компенсированной нейтрали заключается в том, что общий для всех обмоток провод все же имеет контакт с землей, но через сопротивление. Оно может иметь индуктивный или активный характер. В первом случае устройство называют дугогасящим реактором.

Ток, через него текущий, находится в противофазе с тем, который идет на физическую землю через поврежденный проводник. Они компенсируют друг друга, поэтому электрическая дуга не зажигается. Заземление нейтрали через резистор в нашей стране практически не применяется. А если и используется, то в качестве элемента, помогающего определить место повреждения – при его включении параллельно дугогасящему реактору происходит срабатывание релейной защиты на аварийном участке.

В нашей стране количество линий с компенсированной нейтралью равно 20% от числа всех электрических магистралей. А ее полную изоляцию используют еще только в Финляндии. Большинство европейских стран применяет подключение нейтрали через активное сопротивление большой величины.

Изолированная нейтраль также применяется в трехфазных сетях напряжением 0,4 кВ, которые прокладываются в шахтах, рудниках и на торфяных выработках. Везде, где пропуск электрического тока по физической земле может привести к поражению людей. А также в передвижных электроустановках при невозможности создания надежного контакта с заземлителем.

Низковольтные электрические сети

Все трехфазные электрические линии напряжением 0,4 кВ, от которых питаются конечные потребители, исполняются четырехпроводными. Это так называемые сети с глухозаземленной нейтралью. Выходные обмотки силовых линейных трансформаторов соединяются звездой, а их общий проводник – с физической землей. Делается это исходя из двух соображений:

1. При однофазном замыкании на землю происходит мгновенное отключение всей линии, что необходимо для предотвращения поражения людей и животных электрическим током. Для этого в ней между фазными проводниками устанавливаются автоматы, реагирующие на сверхтоки (короткое замыкание) или дифференциальный ток.
2. Кроме линейного напряжения в 380 (400) вольт, используется и фазное (между проводником и нейтралью), равное 220 вольт. При отсутствии надежного контакта с физической землей возможно возникновение технологического перекоса фаз, в результате которого у одного из потребителей на вводах будет 100–110 вольт, а у других – 290–300 вольт, что приводит к выходу из строя электрических приборов.

Если вы увидели на линии высокого напряжения оборванный провод, не подходите к нему близко, наверняка он находится под напряжением, поскольку в режиме изолированной нейтрали мгновенного отключения не происходит. И не относитесь к нейтральному проводнику четырехпроводной бытовой линии 0,4 кВ как к абсолютно безопасной железке. В случае неисправности или аварии по нему течет смертельно опасный ток.

Особенности сетей с изолированной нейтралью

Электротехнические установки напряжением выше 1 кВ согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) разделяются на установки с большими токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю превышает 500 А) и установки с малыми токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю меньше или равна 500 А).

В установках с большими токами замыкания на землю нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малые сопротивления. Такие установки называются установками с глухозаземленной нейтралью.

Вустановках, имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями. Такие установки называются установками с изолированной нейтралью.

В установках с глухозаземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током.

В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием (КЗ). Прохождение тока через место замыкания обусловлено проводимостями (в основном, емкостными) фаз относительно земли.

Если в одной из фаз трехфазной системы, работающей с изолированной нейтралью, произошло замыкание на землю, то напряжение ее по отношению к земле станет равным нулю, а напряжение остальных фаз по отношению к земле станет равным линейному, т. е. увеличится в 3 раз. Ток замыкания на землю будет небольшим, поскольку вследствие изоляции нейтрали отсутствует замкнутый контур для его прохождения. Ток замыкания на землю в системе с изолированной нейтралью будет небольшим и не вызовет аварийного отключения линии. Таким образом, изоляция нейтрали источника питания обеспечивает надежность электроснабжения, так как не отражается на работе потребителей.

Электроустановки напряжением до 1 кВ работают как с глухо-заземленной (четырехпроводные сети), так и с изолированной (трехпроводные сети) нейтралью.

В наиболее распространенных четырехпроводных сетях напряжением до 380 В, общих для силовых и осветительных электроприемников, нейтраль и нейтральный провод обязательно заземляются. Это вызвано тем, что контроль изоляции нейтрального провода относительно земли практически неосуществим. Нейтральный провод, не имеющий заземления, с неустраненными скрытыми дефектами изоляции представляет собой пожарную опасность, так как при однофазном замыкании на землю образуется петля для протекания тока КЗ через нейтральный провод (рис. 2.11). При относительно малом сечении нейтрального провода этот ток может вызвать значительный его перегрев и возгорание.

 

Рис. 2.11. Схема четырехпроводной сети напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью трансформатора и

Занулением оборудования

 

 

Рис. 2.12. Принципиальная схема трехпроводной сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью

трансформатора:

1 — вторичная обмотка трансформатора; 2 — схема контроля изоляции; 3 – заземление

 

В четырехпроводных сетях необходимо также осуществить заземление всего оборудования на заземленную нейтраль. Безопасность при этом обеспечивается немедленным автоматическим отключением аварийного участка при протекании большого тока металлического КЗ.

В трехпроводных сетях (рис. 2. 12) трехфазные двигатели, печи, сварочные аппараты и другие трехфазные электроприемники включаются только на линейное напряжение. Однофазные электроприемники соединяют по схеме треугольника, распределяя их равномерно по сторонам треугольника напряжений. Рассмотренные выше преимущества и недостатки трехпроводных сетей напряжением 6…35 кВ с изолированной нейтралью распространяются и при напряжении до 1 кВ. Однако в сетях напряжением до 1 кВ перемежающиеся дуги при однофазном замыкании на землю не возникают и поэтому не требуется установка дугогасящих катушек. Однако емкостные токи при замыканиях на землю представляют опасность для персонала при соприкосновении с фазой. Безопасные значения токов могут быть только в малоразветвленных сетях с хорошим состоянием изоляции.

Таким образом, в установках напряжением до 1 кВ допустимы обе системы: при малоразветвленных сетях имеет преимущества система с изолированной нейтралью, при сильно разветвленных сетях целесообразно работать с заземленной нейтралью.

В электроустановках напряжением 500 и 660 В нейтраль, как правило, изолирована.

 

Читайте также:

 

Сети с изолированной нейтралью.

 

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединённая через аппараты, компенсирующие емкостной ток сети и другие аппараты, имеющие большее сопротивление. Ток замыкания на землю и ток через человека, касающегося фазы в таких сетях, зависят от сопротивления изоляции и ёмкости фаз относительно земли. В общем случае сопротивление изоляции и емкости фаз относительно земли несимметричны: z_a ≠ z_b ≠ z_c и с_а ≠ c_b ≠ c_c, поэтому несимметричны и полные проводимости между каждой фазой и землей:

Y_a ≠ Y_b ≠ Y_с (3. 7)

Общая схема с изолированной нейтралью предоставлена на рисунке 3.3

 

 

 

Рисунок 3.3

 

Y_a=g_a+jb_a;

Y_b=g_b+jb_b; (3.8)

Y_c=g_c+jb_c;

 

 

В случае замыкания на землю одной из фаз проводимость ее относительно земли возрастает на величину переходной проводимости в месте замыкания на землю , при прикосновении человека к фазе переходное сопротивление равно сопротивлению цепи человека r’= R_h.

Для напряжения фаз относительно земли из векторной диаграммы находим:

Рисунок 3.4

 

U_аз=U_a-U_o;

U_bз=U_b-U_o; (3.9)

U_cз=U_c-U_o;

 

 

Напряжение смещения нейтрали определяется по формуле известной из электротехники:

(3. 10)

 

В сетях напряжением до 1000В малой протяженности ёмкость невелика и емкостной проводимостью можно пренебречь, т.е. C_a=C_b=C_c=0 и если предположить, что

то

(3.11)

Выражение показывает значение изоляции как фактора безопасности:

(3.12)

При сопротивлении изоляции фаз относительно земли, значительно большем сопротивления человека(R>R_ч), это выражение примет вид (3.13), т.е. чем больше сопротивление изоляции, тем меньший ток протекает через тело человека, причем при больших сопротивлениях изоляции ток через тело человека в малой степени зависит от сопротивления его тела.

В трехфазной сети нет необходимости включать индуктивность между каждой фазой и землей; Компенсирующая катушка включается между нейтралью и землей.

Емкостная и индуктивная составляющая находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно полностью компенсируют друг друга, активные составляющие складываются и ток замыкания на землю остается,

(3. 13)

т.е. при значительной емкости достигающей опасных величин.

Настройки компенсирующей катушки производятся либо изменением числа витков, включенных в цепь, либо изменением воздушного зазора магнитопровода. Следовательно, сопротивление изоляции защищает человека от воздействия электрического тока.

 

Сети с глухозаземленной нейтралью.

 

Сеть с глухозаземленной нейтралью называется, нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через

 

малое сопротивление, сопротивление заземления нейтрали составляет несколько Ом, что значительно меньше сопротивления изоляции. Проводимость заземления нейтрали :

 

Рисунок 3.4

 

Y₀=G₀=1/R₀ (3.14)

значительно больше проводимостей фаз относительно земли

G₀>>│Y_a+ Y_b+ Y_c│ (3. 15)

Тогда

или

(3.16)

В этом выражении можно пренебречь сопротивлением заземления нейтрали, так как оно не превышает 10 Ом, а сопротивление энергетической цепи человека не ниже 1 КОм

(3.17)

Следовательно, касаясь к одной из фаз в сети с глухозаземлённой нейтралью, человек попадает под фазное напряжение, причем ток, проходящий через него, не зависит ни от сопротивления изоляции, ни от емкости сети относительно земли.

 

Проведённый анализ показывает, что в сети с глухозаземленной нейтралью замыкание на землю мало изменяет напряжение фаз относительно земли и можно считать, что человек, прикасающийся к исправной фазе, попадает не под линейное, а под фазное напряжение. Полученные выводы справедливы для сетей с глухозаземленной нейтралью, напряжением выше 1000В, замыкание является коротким замыканием.

 

Выбор режима нейтрали.

 

При выборе режима нейтрали в проектируемой электрической сети, необходимо учитывать:

электробезопасность и возможные защитные меры.

надёжность электроснабжения, имея в виду возможность работы электроустановки при аварийном замыкании на землю: экономический фактор.

В сетях с напряжением до 1000В применяются обе схемы: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с глухо-заземленной нейтралью. Эксплуатация четырех проводных сетей с изолированной нейтралью запрещено.

Наибольшее применение имеют четырёхпроводные сети с напряжением 320/220 В, обеспечивающие питание от одного источника (трансформатор, генератор, силовой и осветительной нагрузок). Однако однофазное прикосновение к такой сети всегда опасно, поскольку изоляция фаз в этом случае не влияют на величину тока, проходящего через человека.

Применение трехфазных сетей напряжением 660, 380 и 220В с изолированной нейтралью для питания только силовых нагрузок даёт преимущество — меньшую опасность однофазного прикосновения, поскольку при высоких сопротивлениях изоляции и малой емкости проводов по отношению к земле ток, проходящий через человека, должен быть небольшим.

В сети с глухозаземленной нейтралью в качестве защитной меры применяют соединение корпусов электрооборудования с нейтралью источников питания (зануление), что обеспечивает быстрое отключение повреждённой установки или участка сети максимальной токовой защитой вследствие однофазного короткого замыкания.

В сетях с глухозаземленной нейтралью автоматическое отключение установки максимальной токовой защитой при замыкании на корпус или на землю в ряде производств недопустимо по условиям технологии. Для этих целей применяют трёхфазные сети с изолированной нейтралью, а осветительные установки питать от отдельного трансформатора.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжение фаз относительно земли более стабильно, чем в сетях с изолированной нейтралью.

Напряжение фаз с исправной изоляцией относительно земли при однофазном замыкании не превышает фазного.

Читайте также:

 

Токи замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

 

В России сети 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью, если токи замыкания на землю не превышают 10 А для воздушных сетей на железобетонных и металлических опорах, а в кабельных сетях и в воздушных при деревянных опорах не превышают 30А при U=6 кВ, 20А при U=10 кВ и 10А при U=35 кВ [1, п. 1.2.16], [25, п.2.8.13]. Главное достоинство таких сетей – обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей при однофазных замыканиях на землю, которые составляют до (70-80) % от всех видов повреждений.

Сначала рассмотрим сопротивления и проводимости линий электропередачи. Провода линий электропередач переменного тока обладают продольными активными и индуктивными сопротивлениями r_л и x_л, а также поперечными активными и емкостными проводимостями g_л и b_л. Для изображения ких линий на схемах замещения применяют П-образные или Г-образные схемы замещения (рисунок 7. 8, а).

Активное сопротивление проводов переменному току при частоте 50 Гц практически равно омическому сопротивлению постоянному току. Оно зависит от сечения и материала провода и определяется по формулам курсов физики и электротехники. Индуктивное сопротивление линии не зависит от материала и сечения провода и зависит только от взаимного расположения фазных проводов. Для воздушных линий (ВЛ) индуктивное сопротивление изменяется от 0,37 до 0,47 Ом/км, а для кабельных линий (КЛ) от 0,07 до 0,1 Ом/км. В приближенных расчетах допускается принимать Х_Л=0,4 Ом/км для ВЛ и Х_Л=0,08 Ом/км для КЛ.

 

Рисунок 7.8 – Схемы замещения однофазной линии электропередачи

Активная поперечная проводимость обусловлена несовершенством изоляции КЛ и ионизацией воздуха (коронированием) вблизи проводов ВЛ и представляет собой величину, обратную сопротивлению утечки. В практических расчетах нормального режима поперечная активная проводимость КЛ и ВЛ обычно не учитывается (рисунок 7. 8, б).

Емкостная поперечная проводимость обусловлена наличием емкостных

связей между проводом и землей, а также между фазами. Емкостная проводимость играет большую роль как при включении линии под напряжение, так и при замыканиях одной из фаз на землю. Рассмотрим ее подробнее. Схема замещения трехфазной ВЛ из конденсаторов с ёмкостями фаз относительно земли С_АЗ, С_ВЗ, С_СЗ и между фазами С_АВ, С_ВС, С_СА, показана на рисунке 7.9, а.

Рисунок 7.9 – Эквивалентные схемы замещения с ёмкостными проводимостями: а) для несимметричных трёхфазных ЛЭП, б) для симметричных трёхфазных ЛЭП.

 

В общем случае емкости отдельных фаз по отношению к земле могут отличаться из-за разного расстояния фазных проводов до земли. В инженерных расчетах трехфазные линии принимаются симметричными (рисунок 7.9, б). Для симметричных трёхфазных линий имеют место равенства

= С₀;

С_АВ = С_ВС = С_СА = С_М,

 

где С_Ф — емкость фазного провода по отношению к земле;

С_М — междуфазная емкость;

С₀ – ёмкость нулевой последовательности, которая для симметричной линии равна емкости фазного провода по отношению к земле.

Значения удельных значений фазных емкостей С_УД указаны в справочниках. Чем длиннее линия, тем ее емкость больше ее емкость по отношению к земле:

Рассмотрим свойства сетей с изолированной нейтралью на примере электрической сети с одной линией электропередачи (рисунок 7.10).

 

Рисунок 7.10 – Фрагмент электрической сети с изолированной нейтралью

 

Электрическая сеть изолирована от земли и не имеет ни одной точки связи с землей. В нормальном режиме по линии протекает ток нагрузки I_Н, обусловленный передачей мощности в нагрузку (рисунок 7.10. а). Однако если отключить нагрузку выключателем Q в конце линии (рисунок 7.10. б), то по фазным проводам линии будет протекать небольшие токи I_С (рисунок 7.10, б). Эти токи называют емкостными или зарядными токами линии. Объясняются они наличием емкостей фазных проводов линии по отношению к земле. На рисунке 7.9, а эти емкости обозначены С_АЗ, С_ВЗ, С_СЗ, на рисунке 7.10, в они обозначены С_А, С_В и С_С. В реальной сети емкости распределены равномерно по всей длине линии. Для удобства анализа распределенные емкости фаз относительно земли на схемах замещения изображают в виде сосредоточенных емкостей. Схема замещения линии с отключенной нагрузкой приведена на рисунке 7.9, б. Ток в линии при отключенной нагрузке определяется только емкостной проводимостью. При этом продольной сопротивления практически не влияют на величину емкостного тока и их на схеме замещения не изображают (рисунок 7.9, в и рисунок 7.10, в)).

В нормальном режиме напряжения фаз сети по отношению к земле U_А, U_В и U_С равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора U_АN, U_ВN и U_СN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле U_NЗ равно нулю (рисунок 7. 11).

 

Рисунок 7.11 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов в нормальном режиме

 

Емкостное сопротивление фаз по отношению к земле, равное х=1/(ωС), в тысячи раз больше продольных активных и индуктивных сопротивлений воздушной или кабельной линии. Поэтому величина зарядного тока линии практически не зависит от продольных сопротивлений линий и определяется только поперечной емкостной проводимостью. При равных фазных напряжениях U_А= U_В = U_С= U_Ф емкостные токи фаз также равны между собой

 

I_С,А = I_С,В = I_С,С = U_ф·ω·C (7.3)

 

Зарядные токи носят емкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 7.11) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90^о. По сравнению с током нагрузки зарядный ток мал, в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает и в расчетах нормального режима не учитывается. Поэтому на рисунке 7.10, а он не показан.

Предположим теперь, что в какой-либо точке сети произошло замыкание одной фазы на землю, например, из-за нарушения (пробоя) изоляции. Для упрощения анализа предположим, что замыкание на землю металлическое, то есть без переходного сопротивления в месте повреждения (рисунке 7.12).

Рисунок 7.12. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с одной линией

 

Из схемы рисунка 7.12 наглядно видно, что сеть имеет только одну точку связи с землей. Это значит, что замыкание одной фазы на землю не привело к образованию короткозамкнутого контура. Это первое важное свойство сетей с изолированной нейтралью. Из него следует, что в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землюодной фазыне возникает ток короткого замыкания. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью нельзя называть коротким замыканием. По общепринятой технической терминологии его называют «простым замыканием на землю» или просто «замыканием на землю», без добавки «короткое».

Несмотря на то, что замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, ток на землю в месте повреждения все же возникает. Он, как и зарядный ток, обусловлен емкостными проводимостями фаз сети относительно земли и носит емкостной характер. Рассмотрим пути протекания и величину тока замыкания на землю в месте повреждения. Допустим, что в точке К произошло замыкание на землю фазы А (рисунок 7.12). Тогда ток в месте повреждения протекает по двум контурам:

— в одном конуре (точка К – земля – емкость С_В – провод фазы В – фаза В трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) под действием междуфазного напряжения АВ:

— в другом (точка К – земля – емкость С_С – провод фазы С – фаза С трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) — под действием междуфазного напряжения АС.

При этом ток в месте повреждения I_З равен векторной сумме токов I_С,В и I_С,С двух контуров и определяется выражением

 

, (7. 4)

где U_ВА и U_СА – междуфазные напряжения фаз В и С относительно поврежденной фазы А. Векторная диаграмма напряжений и токов при замыкании на землю показана на рисунке 7.13.

Рисунок 7.13 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов при металлическом замыкании на землю фазы А

 

Векторная сумма двух междуфазных напряжений U_ВА и U_СА по величине равна утроенному фазному напряжению относительно нейтрали и направлена противоположно вектору напряжения поврежденной фазы А

 

 

При этом для тока в месте замыкания из (7.4) получаем

 

(7.5)

 

Таким образом, ток замыкания на землю в месте повреждения всего лишь в три раза превышает емкостной зарядный ток одной фазы нормального режима. Это означает, что емкостной ток в месте повреждения несущественно отличается от зарядного тока линии и не может называться током короткого замыкания.

Векторная диаграмма напряжений и токов на рисунке 7.13 была получена для сети с одной линией на рисунке 7.12. Если электрическая сеть содержит несколько линий электропередачи, то векторная диаграмма и не изменится, только вместо емкостных токов I_С,В и I_С.С фаз В и С одной линий будут суммарные токи ΣI_С,В и ΣI_С.С фаз В и С всех линий электрической сети. При этом в знаменателе выражений (7.4) и (7.5) будет эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети:

, (7.6)

 

где эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети

, (7.7)

где ΣС_Ф – суммарная емкость всех линий электрической сети.

Пути протекания емкостных токов при ЗНЗ в сети с двумя линиями показаны на рисунке 7.14.

 

Рисунок 7.14. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с двумя линиями

 

При замыкании на землю на линии Л2 в неповрежденных фазах каждой из линий Л1 и Л2 протекают емкостные токи I_сЛ1 и I_сЛ2, обусловленные емкостями С_Л1 и С_Л2 соответствующей линии. Ток в месте повреждения равен сумме емкостных токов всех линий сети.

В инженерной практике для вычисления емкостных токов в месте повреждения в сетях любой конфигурации применяется формула [24]

 

, (7.8)

 

где U_СР.НОМ – среднее номинальное напряжение сети; l_К (l_В) -суммарная длина кабельных (воздушных) линий сети. При суммарной длине КЛ l₁=1,0 км и длине воздушных линий сети 35 км ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ составит всего 2.1 А

Так как ток замыкания на землю мал, то малы и емкостные токи в фазных проводах электрической сети. При этом токи в фазных проводах ЛЭП определяются в основном токами нагрузки и практически при замыкании на землю не изменяются. При этом практически не изменяются потери напряжения в сети, а, следовательно, не изменяются ни фазные напряжения сети по отношению к нейтрали, ни линейные напряжения сети. Отсюда следует следующее важное свойство сетей с изолированной нейтралью: при замыкании фазы на землютреугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя не изменяется.

Из перечисленных свойств сети с изолированной нейтралью следует, что при однофазных замыканиях на землю режим работы электроприемников в сети не изменяется. Поэтому замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью считается не аварийным, а лишь ненормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Питание потребителя при этом не прерывается.

Таким образом, достоинствамисетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются:

— замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, при этом при замыкании на землю не возникает токов короткого замыкания; — при замыкании фазы на землю треугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя, не изменяется, при этом токи, потребляемые электроприемниками из сети, также не изменяются;

— так как ни напряжения, ни токи электроприемников не изменяются, то питание потребителей при однофазных замыканиях на землю не прерывается, причем режим работы электроприемников электроэнергии при однофазных замыканиях на землю не изменяется.

Поэтому замыкание одной фазы на землю не является КЗ и не является аварийным режимом. Это ненормальный режим работы сети, при котором поврежденную линию можно не отключать релейной защитой.

Учитывая, что замыкание на землю является самым распространенным видом повреждения в распределительных сетях (доля этих повреждений в сетях 6-35 кВ составляет до 75% и более от общего числа повреждений), сохранение в работе поврежденной линии и бесперебойное электроснабжение при замыканиях на землю являются важнейшими достоинствами сетей с изолированной нейтралью. Поэтому в нашей стране они получили широкое распространение для распределительных сетей напряжением 6-35 кВ всех промышленных предприятий, в том числе для сетей нефтяных промыслов, НПС, нефтеперерабатывающих заводов и т.д.

В то же время сети с изолированной нейтралью имеют ряд недостатков. Рассмотрим их.

 

Читайте также:

 

Глухозаземленная нейтраль. Устройство и работа. Применение

Схема сети с глухозаземленной нейтралью служит для защиты человека от поражения электрическим током. В аварийных случаях глухозаземленная нейтраль выравнивает потенциалы, вследствие чего касание человека к металлическим частям электрооборудования становится безопасным.

Защитное устройство также сыграет свою роль в аварийных ситуациях, отключив подачу питания, так как при коротких замыканиях сила тока в сети возрастает.

Глухозаземленная нейтраль — устройство и работа

Питание потребителей электрической энергией производится с помощью силовых трансформаторов и генераторов. Чаще всего обмотки трех фаз этих устройств соединены по схеме звезды, в которой общая точка является нейтралью. Если эта нейтраль соединена с заземлением через малое сопротивление, либо напрямую, непосредственно возле источника питания, то ее называют глухозаземленная нейтраль.

Рис 1

Применяются также и другие режимы работы нейтрали с заземлением, в зависимости от режимов работы сети при замыканиях на землю, необходимых методов защиты человека от удара током, методов ограничения перенапряжений с:

• Эффективно заземленной нейтралью.
• Незаземленной нейтралью.
• Компенсированной нейтралью.

Такие режимы используются для электрических устройств на 6 киловольт и более. Изолированная нейтраль используется до 1 кВ, и не нашла широкого применения. Она делает безопасной работу только передвижных устройств, в которых невозможно выполнить контур заземления.

Монтаж на нейтрали устройств компенсации дает возможность снизить емкостный ток замыкания устройств, действующих с напряжением более 1 кВ. Компенсация производится с помощью катушек индуктивности, вследствие чего ток в точке замыкания становится нулевым. Для эффективной работы защиты применяется заземление нейтрали резистором. Он образует активную часть тока, на который действует защитное реле.

Глухозаземленная нейтраль является наиболее эффективным способом защиты людей от поражения током. Она применяется в большинстве электрических сетей питания. Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нолем – фазным. Номинальное напряжение электроустановки определяется по линейному значению напряжения. Оно может быть 220, 380, 660 вольт. В бытовых сетях питания напряжение равно 380 вольт.

Однофазные потребители подключаются между фазами и нолем равномерно. Силовой трансформатор на подстанции имеет заземляющий контур. В него входят металлические детали, соединенные между собой, и углубленные в землю. Размеры контура определяют с учетом эффективного распределения тока по земле при замыкании.

Работоспособность заземления определяется величиной сопротивления растекания тока. Допустимые величины этого параметра указаны в правилах электроустановок. Для электроподстанций сопротивление заземления не должно быть выше 4 Ом при напряжении 380 вольт.

Заземляющий контур соединяется с нулевой шиной, выполненной в виде металлической полосы. К ней подключается провод нулевого вывода трансформатора. Также к ней подключаются жилы кабелей, которые отходят к потребителям. Фазы подключаются к автоматическим выключателям, рубильникам, контактам предохранителей.

Кабели, отходящие от подстанции, имеют четыре жилы. В кабелях старого образца могут быть три жилы в алюминиевой оболочке, которая выступает в качестве провода ноля. Для ввода питания существуют вводные распределительные устройства, которые содержат шину ноля. К ней присоединяют нулевые жилы отходящих и питающих кабелей. Вводное устройство может иметь контур повторного заземления, подключенного также к шине ноля.

Чтобы понять, как работает глухозаземленная нейтраль, рассмотрим аварийный режим.

Пример аварийного случая

На некотором электрооборудовании, на котором работают люди, произошел обрыв провода фазы. При этом фазный провод прикоснулся к металлическим корпусным элементам. В результате возникло короткое замыкание, при котором резко повысилась сила тока. Плавкий предохранитель или электрический автомат сработают и отключат питание сети.

Резистор R0 (Рис. 1) будет иметь меньшее сопротивление, нежели сопротивление по пути протекания тока по телу человека, который случайно прикоснулся фазного проводника. Это исключает удар электрическим током.

В теории потенциал провода ноля относительно земли имеет нулевое значение. Повторное заземление в электроустановке потребителя упрочняет эту нулевую величину.

Возможные случаи поражения людей током:

• Ошибки при эксплуатации и ремонте, которые приводят к прикосновению к частям и элементам оборудования, находящегося под напряжением.
• Повреждение изоляции в электрооборудовании, в результате чего металлический корпус попадает под напряжение.
• Повреждение изоляции токоведущих элементов или неисправность электрооборудования, вследствие чего на поверхности пола возникает зона разности потенциалов, которая создает опасность для прохождения в ней людей. Это называется шаговым напряжением.
• Повреждение изоляции кабелей и проводников, вследствие чего металлические конструкции, по которым проходят кабели, оказываются под напряжением.

Чтобы исключить аварийные случаи, корпуса устройств соединяют с заземлением. В промышленности по периметру цехов прокладывают металлическую полосу, к которой подключают все металлические элементы. Таким образом уравниваются потенциалы с землей.

При замыкании фазы на корпус заземленного устройства, ток будет протекать к заземлению, даже при отказе защитных устройств. Сопротивление тела человека относительно земли значительно выше сопротивления между корпусом устройства и землей. Таким образом, человека спасает глухозаземленная нейтраль.

Другим принципом защиты является быстрое обесточивание сети. Этому способствует защитное устройство в виде автоматического выключателя, либо предохранителя.

Шаговое напряжение действует следующим образом. Если на влажном бетонном полу лежит неизолированный проводник, находящийся под напряжением, то подходить к нему очень опасно. Напряжение отходит от него волнами, подобно кругам на воде. При попадании ног человека в эту зону, возникает удар электрическим током.

Чтобы защитить людей от шагового напряжения, в полу помещения встраивают металлическую сетку, которая в разных местах соединяется с заземляющим контуром. Этим способом ноги человека шунтируются металлической арматурой решетки, и основная часть электрического тока пройдет мимо человека.

Требования ПУЭ

Заземление должно подключаться к устройству специальным проводником. Для сокращения пути протекания электрического тока и уменьшения затрат, подбирают место непосредственно рядом с источником напряжения, например, трансформатором. Имеется ограничение, заключающееся в том, что если заземлителем является имеющийся бетонный фундамент, то к арматуре бетонного основания, выполненного из металла, подключение выполняют в двух и более местах.

Подобное число подключений выполняют к каркасам из металла, которые расположены в глубине грунта. При таких условиях система заземления способна достаточно эффективно защитить человека от неприятных ситуаций.

Если в качестве источников питания выступают трансформаторы, находящиеся на разных этажах здания, то подключение к нейтрали производится отдельным проводом, который подключают к металлическому каркасу всего строения.

В цепи подключения заземления не должно находиться предохранителей, плавких вставок и других компонентов, которые могут нарушить неразрывность этой цепи. Также принимают вспомогательные меры, которые препятствуют механическим повреждениям.

Некоторые ограничения ПУЭ

• Если на рабочих, защитных или нулевых проводниках установлен токовый трансформатор, то провод заземлителя монтируется сразу за этим устройством, к нейтральному проводнику.
• Сопротивление заземляющего устройства в сети 220 вольт ограничивается наибольшей величиной 4 Ом, за исключением особых свойств земли, которые создают повышенное сопротивление более 100 Ом на метр.
• на воздушных линиях передач заземление устанавливают на конце и на вводе линии для дублирования заземления. Это дает возможность эффективной работы защитных устройств. Это правило используют в случае, когда нет надобности в монтаже большого числа устройств, которые могут устранить перенапряжения при ударах молнии.
  • При выборе проводников для устройства заземления необходимо применять нормативы по наименьшим допустимым размерам и материалу проводников, применяющихся для повторного заземления, проложенного в земле.

Например, если используется стальной уголок, то толщина его стенки должна быть не менее 4 мм. Общая площадь сечения для проводов заземления, соединяющихся с основной шиной, согласно п. 1.7.117 ПУЭ, должна быть:

• 10 мм² – медный провод.
• 16 мм² – алюминиевый проводник.
• 75 мм² – стальной проводник.

Электрический автомат, устанавливаемый для защиты, должен иметь скорость срабатывания при коротком замыкании более 0,4 с при 220 вольт.

В бытовой сети согласно п. 7.1.36 ПУЭ требуется прокладывать сеть к потребителям от общих щитков тремя проводниками: фаза, рабочий ноль и защитное заземление (глухозаземленная нейтраль). Однако во многих квартирах это требование нередко нарушается, что подтверждается отсутствием в розетках заземляющего контакта.

Старые нормативные требования для отечественных зданий были определены для незначительных мощностей. На сегодняшний день мощности бытовых электрических устройств значительно повысились. В квартирах появились кондиционеры, варочные панели, духовые шкафы, которые имеют повышенную мощность.

Для повышения эффективности защиты в современных квартирах обязательным условием является наличие заземления. В новых домостроениях глухозаземленная нейтраль уже заложена в стандартных проектах. В старых постройках хорошие хозяева монтируют заземление при капитальном ремонте.

Похожие темы:

PPT — Электронная конфигурация и периодические свойства Презентация в PowerPoint

Электронная конфигурация и периодические свойства • Атомные радиусы • Размер атома определяется краем его орбитали • Поскольку эта граница нечеткая, радиус определяется как один -половину расстояния между ядрами идентичных атомов, которые связаны вместе

Атомы имеют тенденцию уменьшаться по мере того, как вы перемещаетесь через период из-за увеличенного положительного заряда • Они становятся больше, когда вы перемещаетесь вниз по группе из-за увеличивающиеся уровни занимаемой энергии

Энергия ионизации • Энергия ионизации — это энергия, необходимая для удаления одного электрона из нейтрального атома • Создается на изолированных атомах в газовой фазе • В общем, энергии ионизации элементов основной группы (s и p) увеличиваются за период • Обычно уменьшаются в группе

При достаточной энергии электроны могут быть удалены из m положительных ионов, а также от нейтральных атомов • Энергии называются второй энергией ионизации, третьей энергией ионизации и т. д. • Эти энергии обычно увеличиваются из-за более сильного эффективного заряда ядра • Имеются большие скачки энергий, когда они стабильны устройства ионизированы (в частности, конфигурации благородного газа)

Сродство к электрону • Изменение энергии, которое происходит, когда электрон захватывается нейтральным атомом, называется сродством атома к электрону • Атомы, выделяющие энергию, имеют отрицательное сродство (они хотят электрон) • Атомы, которым требуется энергия для «принуждения» электрона к себе, имеют положительное сродство (они самопроизвольно теряют электрон)

Галогены приобретают электроны наиболее легко • Элементы p-группы обычно становятся более негативные по мере продвижения по периоду (опять же исключения, вызванные стабильным расположением электронов) • Тенденции в группах не такие регулярные (конкурирующий увеличенный заряд ядра и атомный радиус) • Обычно преобладает размер

Для изолированного иона в газовой фазе всегда более сложно добавить второй электрон к уже отрицательно заряженному иону • Следовательно, второе сродство всегда положительный • Ионы, подобные Cl-2, никогда не возникают

Ионный радиус • Положительный ион известен как катион • Вызван потерей электронов • Остающиеся электроны притягиваются к ядру несбалансированным зарядом • A отрицательный ион известен как анион • Образуется в результате добавления дополнительных электронов • Электроны не притягиваются так сильно, как до добавления

Металлы слева имеют тенденцию к образованию катионов, а неметаллов на в правом верхнем углу имеют тенденцию к образованию анионов • Катионные радиусы уменьшаются за период из-за увеличения заряда ядра • Анионные радиусы (начиная с группы 15) уменьшаются за период • Ионные радиусы имеют тенденцию увеличиваться в группе вниз

Валентные электроны • Химические соединения образуются из-за того, что электроны теряются, приобретаются или распределяются между внешними энергетическими уровнями атомов (внутренние электроны удерживаются слишком плотно • Эти доступные электроны называются валентными электроны • Для элементов основной группы они находятся в оболочках s & p

Электроотрицательность • Валентные электроны удерживают атомы вместе • Во многих соединениях отрицательный заряд валентных электронов сосредоточен ближе к одному атому, чем к другому • Электроотрицательность — это мера способности атома в химическом соединении притягивать электроны • Фтору присвоено число 4.0

Электроотрицательность имеет тенденцию увеличиваться в течение каждого периода • Электроотрицательность имеет тенденцию либо уменьшаться в группе, либо оставаться примерно на том же уровне • Благородные газы не образуют много соединений и могут не иметь значений

Свойства d и элементы блока f • Свойства элементов блока d меняются меньше и с меньшей регулярностью, чем у элементов основной группы • Как внешние s, так и d электроны доступны для взаимодействия с их окружением • Атомные радиусы d блока элементы обычно уменьшаются в течение периода • d-электроны экранируют внешние электроны • электроны отталкиваются друг от друга

Элементы блока f ведут себя аналогичным образом • Энергия ионизации обычно увеличивается в течение периода для элементов блока d и f • Напротив, они обычно увеличиваются вниз по группе, потому что электроны, доступные для ионизации на внешнем уровне, менее экранированы (включая mplete d) от возрастающего заряда ядра

Образование ионов в элементах блока d и f следует в обратном порядке электронной конфигурации • Для блока d, хотя электроны добавляются к d, они удаляются из внешний s первый (поэтому большинство элементов d-блока образуют +2 иона) • Все элементы d & f-блока имеют схожую электроотрицательность • Следуют общей тенденции

Химическое соединение

Введение в химическое соединение • Химическое соединение связь — это взаимное электрическое притяжение между ядрами и валентными электронами разных атомов, которое связывает атомы вместе • Атомы связываются, потому что это уменьшает их потенциальную энергию, создавая более стабильные структуры материи

Химическая связь, которая возникает в результате электрического притяжения между большое количество катионов и анионов называется ионной связью. • Ковалентная связь является результатом sh возникновение пар электронов между двумя атомами • В чисто ковалентной связи общие электроны «принадлежат» в равной мере двум связанным атомам

Связь редко бывает чисто ионной или ковалентной • Электроотрицательность — это мера способности атома к притягивают электроны • Степень ионного или ковалентного характера определяется путем расчета разницы в электроотрицательности

Буква d указывает на частичный заряд

Ковалентная связь и молекулярные соединения • Молекула представляет собой нейтральную группу атомов которые удерживаются вместе ковалентными связями • Отдельная единица, способная существовать сама по себе • Может состоять из двух или более атомов • Химическое соединение, простейшими единицами которого являются молекулы, называется молекулярным соединением

Химическая формула указывает относительные числа атомов каждого вида в химическом соединении с использованием атомных символов и числовых индексов • Двухатомная молекула — это молекула, содержащая только два атома

Достигнут баланс между силами притяжения и силами отталкивания между ядрами и электронами.В результате получается наиболее энергетически стабильная конструкция.

В ковалентной связи орбитали электронов можно представить как перекрывающиеся (электроны могут двигаться по любой орбитали) • Расстояние между двумя связанными атомами при их минимальной потенциальной энергии — это длина связи • Атомы будут немного вибрируйте

Разница между нулевым уровнем потенциальной энергии (отдельные атомы) и дном впадины (связанные атомы) — это энергия связи, которая высвобождается при образовании связи. • Это также необходимая энергия разорвать химическую связь и сформировать нейтральные изолированные атомы • Атомы имеют тенденцию приобретать конфигурацию благородного газа при связывании

Правило октета: химические соединения имеют тенденцию образовываться так, что каждый атом , приобретая, теряя или разделяя электроны, имеет октет электронов на самом высоком занятом уровне энергии

Есть исключения из правила октетов • Бор: В BF3 бор будет разделять три валентности электронов и получить в общей сложности 6 • Когда некоторые элементы объединяются с очень электроотрицательными атомами F, O и Cl, возникает расширенная валентность, которая включает электроны на d-орбиталях

Электронно-точечное обозначение — это обозначение электронной конфигурации , в котором показаны только валентные электроны атома определенного элемента, обозначенные точками вокруг символа элемента

Обозначения электронных точек также могут использоваться для представления молекул • Общая пара электронов нарисована между два атома, неподеленная пара — это пара валентных электронов, которая принадлежит исключительно одному атому и не участвует в связывании H: H

Общая пара электронов часто обозначается чертой • Они называются структурами Льюиса • Структурная формула указывает тип, количество, расположение и связи, но не пары атомов в молекуле, которые не разделяются между собой

A одинарная связь — это ковалентная связь, образованная разделением одной пары электронов между двумя атомами • Двойная ковалентная связь образуется путем разделения двух пар электронов между двумя атомами • Тройная ковалентная связь — это связь, образованная разделением три пары электронов между двумя атомами • Двойные и тройные связи называются кратными связями

C, N и O могут иметь кратные связи • H может иметь только одну связь

Резонансные структуры не могут быть правильно представлена ​​единственной структурой Льюиса • Озон • Когда-то считалось, что время разделяется между двумя структурами • Эксперименты показывают, что связи эквивалентны (в среднем две связи)

Не все ковалентные соединения являются молекулярными • Некоторые из них непрерывны в трехмерном пространстве сети ковалентно связанных атомов • Так называемая ковалентно-сетчатая связь

Ионная связь и ионные соединения • Ионный компонент und состоит из положительных и отрицательных ионов, которые объединены таким образом, чтобы количество положительных и отрицательных зарядов было одинаковым. • Большинство из них являются кристаллическими твердыми телами. • Формула просто представляет собой простейшее соотношение ионов, придающих нейтральность заряда. Это называется формульной единицей. Больше …

Изолированная и заземленная нейтральная система — Морское исследование

Автор: Усман Карнех

Функция электрической системы заключается в безопасной передаче энергии от точки генерации (источника) к различным нагрузкам или подключенному к ней оборудованию, где она требуется. Источник электроэнергии, как и нагрузка, может быть однофазной (2-проводной) или трехфазной (3–4-проводной) системой

Электрическая система может иметь любую из двух форм:

• Система с изоляцией нейтрали или
• Система с нейтралью с заземлением.

В однофазной системе с изолированной нейтралью нейтраль источника изолирована. Другими словами, нейтраль не подключена к земле. В то время как для системы, заземленной нейтралью, нейтраль источника соединена с землей.

В трехфазной системе с изолированной нейтралью звезда общая точка источника не соединена с землей. Следовательно, из источника выходят только 3 фазных провода R, Y, B. В системе с заземленной нейтралью точка звезды заземлена.Итак, от источника исходят 4 провода (3 фазы и 1 нейтраль).

Три (3) типа неисправности могут возникнуть в электрической системе:

• Неисправность обрыва цепи : является результатом обрыва проводника, так что ток не проходит через нагрузку.
• Короткое замыкание : происходит из-за разрыва изоляции, и два проводника (линия и нейтраль) непосредственно касаются друг друга, что приводит к короткому пути прохождения тока и позволяет очень сильному току обходить нагрузку.
• Заземление : Это также происходит из-за пробоя изоляции, что каким-то образом позволяет проводнику войти в прямой контакт с металлическим корпусом или корпусом оборудования.

Одиночное замыкание на землю, происходящее в линии системы заземленной нейтрали, было бы эквивалентно короткому замыканию, поскольку это создает замкнутый путь для тока земли, протекающего через землю в результате минимального сопротивления, эта земля ток может возрасти в очень большой степени.Если ток заземления превысит номинальный ток генератора, вся система может разрушиться, что приведет к непоправимому ущербу. Чтобы ограничить этот ток земли, резистор заземления нейтрали подключается к заземленной нейтрали источника. Этот резистор имеет достаточное омическое сопротивление, чтобы ограничить ток заземления в пределах номинала генератора. Однако величина тока заземления достаточно велика, чтобы сработал механизм отключения неисправного оборудования, немедленно отключив его от источника питания и сделав его безопасным.

Одиночное замыкание на землю в системе с изолированной нейтралью не вызовет протекания тока на землю. Это связано с тем, что одиночный ток замыкания на землю не обеспечивает полную цепь для протекания тока земли. Таким образом, защитное отключение не сработает, и система продолжит нормально работать.
Однако, если второе замыкание на землю происходит на другой линии в изолированной системе, два замыкания на землю вместе будут эквивалентны короткому замыканию, и результирующий ток замыкания на землю сработает для имеющихся защитных устройств и вызовет отключение услуг.

Для системы, в которой приоритетным требованием является поддержание непрерывности подачи электроэнергии к основному оборудованию в случае единичного замыкания на землю, используется система с изолированной нейтралью (нейтраль с изолированной нейтралью). Для систем, где приоритетным требованием является немедленная изоляция оборудования, замкнутого на землю, автоматически достигается системой заземления нейтрали.

Чтобы лучше понять это, используется тематическое исследование; Если замыкание на землю происходит в важной системе, такой как система рулевого управления корабля, то в случае: системы изолированной нейтрали не будет протекать ток замыкания на землю, и рулевой механизм будет продолжать работать до тех пор, пока не произойдет второе замыкание на землю в любом оборудование на борту.Следовательно, при однократном замыкании на землю основная служба продолжит работу.
Если бы система была заземленной нейтралью, то одиночное замыкание на землю вызвало бы протекание сильного тока заземления и срабатывание отключающего механизма, вызывая отключение рулевого механизма. Это серьезно скажется на безопасности судоходства. Следовательно, хорошо известно, что на борту судна должна использоваться система с изолированной нейтралью, в то время как в промышленности или на береговых установках используется система с заземлением нейтрали.

Судовые главные системы низкого напряжения на 440 В обычно снабжены системой с изоляцией нейтрали. С другой стороны, системы высокого напряжения (от 1000 В до 3,3 кВ) обычно снабжены системой заземления нейтрали через резистор заземления нейтрали.
В системе высокого напряжения некоторые важные нагрузки могут питаться от трансформатора с его вторичной изоляцией, чтобы в оборудовании не протекал ток замыкания на землю, чтобы обеспечить непрерывность работы.

Правила судоходства требуют, чтобы опасные зоны танкера, такие как грузовой отсек, насосное отделение, имели систему изоляции нейтрали, чтобы предотвратить протекание паразитного тока заземления в корпусе и опасность взрыва.
Однако сделано исключение в том случае, если танкер имеет систему 3,3 кВ, заземленная система разрешена при условии, что заземленная система не выходит вперед от переборки машинного отделения в опасную зону.

И система с изолированной нейтралью, и система с заземленной нейтралью имеют свои преимущества и недостатки. Если в системе с заземленной нейтралью легче обнаружить любые замыкания на землю в системе, то в системе с изолированной нейтралью легче поддерживать непрерывность работы.{30}} $$

Как рассчитать свойства изолированной нейтральной вакансии

Представляем изолированную вакансию, созданную в ГЦК решетке кремния Si.

Исходная элементарная ячейка кремния состоит из двух атомов в структуре ГЦК. В значение используемых параметров решетки составляет 5,29 Å. Параметры решетки, используемые в начальная элементарная ячейка находится в пределах 3% от экспериментально измеренных 5,44 Å.

Кристаллическая структура следующая:

Si-Diamond
F LATTICE, NONEQUIV.ATOMS: 2
MODE OF CALC = RELA unit = ang
9.996655 9.996655 9.996655 90.000000 90.000000 90.000000
ATOM -1: X = 0.00000000 Y = 0.00000000 Z = 0.00000000
MULT = 1 ISPLIT = 8
Si1 NPT = 78.0001001 R0 = 0 2.1500 Z: 14.0
МАТРИЦА ЛОКАЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ: 1.0000000 0.0000000 0.0000000
0.0000000 1.0000000 0.0000000
0.0000000 0.0000000 1.0000000
ATOM 2: X = 0.25000000 Y = 0.25000000 Z = 0,25000000
MULT = 1 ISPLIT = 8
Si2 NPT = 781 R0 = 0,00010000 RMT = 2,1500 Z: 14,0
МАТРИЦА ЛОКАЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ: 0,0000000 0,0000000 0,0000000
0,0000000 0,0000000 0,0000000
0,0000000 0,0000000 0,0000 SYMM
0 0256 НОМЕР

Эта элементарная ячейка был использован для создания суперячейки с помощью команды «supercell» в Wien2k.4х4х4 128-атомная суперячейка была сконструирована с ГЦК-структурой.

Кристаллическая структура суперячейки следующая:

После того, как суперячейка была По завершении атом был удален, чтобы создать вакансию Si.

С помощью SGROUP, количество атомов, необходимое для представления 127/128-атомной суперячейки FCC. был модифицирован в окончательную модель сверхъячейки вакансии.

Результирующая суперячейка был настроен таким образом, чтобы на каждую суперячейку приходилось по одной вакансии.Суперячейка, используемая для расчет имел структуру ОЦК, пространственная группа # 44, с 49/50 атомами. Эта модель эквивалентна 127/128-атомной ячейке FCC по множественности и симметрии.

Wien2k экономит жизненно важное время вычислений за счет полезных операций симметрии реализовано в коде.

Используемый kmesh состоит из 100 k-точек в первом зона бриллюэнов. Этот kmesh достаточно плотный, чтобы описать свойства вакансия. Размер суперячейки в 4 раза превышает размер исходной кремниевой элементарной ячейки, поэтому требуется примерно 1/4 числа k-точек для описания зоны бриллюэна.Обычно кремниевой элементарной ячейке требуется всего 250-500 k-точек для описания DOS.

т he Ячейка разделена на атомные сферы кремния, которые включают по одной вакансии на суперячейку. RMT = 1,11 Å для каждой кремниевой сферы; значение, соответствующее периодической таблица 1,17 Å. В этом расчете был выбран немного меньший размер сферы, чтобы атомные сферы не перекрываются. Программа ПОРТ должна эффективно перемещать сферы в процессе релаксации (минимизация сил).В строительстве сверхъячейка изображение вакансии было разделено на 7,48 Å.

Периодичность вакансия в расчете сверхъячейки достаточно велика, чтобы разделить изображение вакансии с достойным объемом. Таким образом, вакансия изолирована и взаимодействие Между вакансиями изображение незначительно. Поскольку вакансия имеет такую ​​локализованную properties, как упоминалось ранее, в разделе результатов будет выведено, что на этом расстоянии, разделяющем периодическую вакансию, взаимодействием можно пренебречь.Этот расчет служит моделью для понимания связанных свойства вакансии при релаксации и влияние вакансионных состояний в запрещенной зоне.

Геометрия вакансии и характеристика локальной электронной недвижимость будет в центре внимания раздела результатов расчета вакансий. Хотя было бы трудно измерить такую ​​геометрию и электронные состояния, используя современные экспериментальными методами, эти характеристики могут быть смоделированы с использованием теоретических такие методы, как Wien2k.Существуют различные зависимости, которые вводят Недостатки в расчете. Они не ограничиваются, но включают многие из начальные условия расчета, такие как размер суперячейки, симметрия, размер сетки и методы расчета сил и релаксации. Результаты будут представлены, достигается путем отображения некоторых из наиболее фундаментальных свойств вакансии.

Ссылка : http://www.physics.niu.edu/physics/_pdf/academic/grad/theses/Fabella.pdf

.