Виды нейтрали в электрических сетях - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Виды нейтрали в электрических сетях

3. Режимы работы нейтралей электрических сетей

Нейтралями электроустановокназывают общие точки обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, величину перенапряжений и способы их ограничения, токи при однофазных коротких замыканиях на землю, условия работы релейной защиты, безопасность в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т.д. [2].

В зависимости от режима работы нейтрали электрические сети делятся на 4 группы:

1) сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;

2) сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;

3) сети с эффективно-заземленными нейтралями;

4) сети с глухозаземленными нейтралями.

Режим нейтрали определяет ток однофазного короткого замыкания, и в зависимости от его величины сети делятся на сети с малыми токами замыкания на землю (менее 500 А),в основном это сети 1-й и 2-й групп, и сети с большими токами замыкания на землю (более 500А).

3.1. Работа сети с изолированной нейтралью

На рис. 3.1 представлена трехлинейная схема замещения трехфазной сети с изолированной от земли нейтралью. Все источники питания сети заменены одним эквивалентным, соединенным в звезду источником, все линии одной эквивалентной линией, все приемникиодним эквивалентным приемником. С достаточно высокой достоверностью можно считать, что все фазы схемы замещения имеют одинаковые параметры (схема симметрична). Из параметров эквивалентной линии при анализе режима нейтрали имеют значение только зарядные токи и емкостные проводимости относительно земли, которые и изображены на рис. 3.1.

Расчетная емкостная проводимость одной фазы сети равна

,

где В емкостная проводимость сети,См; bi, удельная емкостная проводимость линииi(на единицу длины).См/км; li эквивалентная длина линииiс учетом параллельных ветвей,км.

ис. 3.1. Схема замещения сети с изолированной нейтралью:

а) нормальный режим работы; б) режим однофазного замыкания на землю в фазе с,

1 – эквивалентный источник питания сети; 2 – эквивалентная линия.

3 – эквивалентный приемник, подключенный к сети

сетях 6 – 35кВудельная емкостная проводимостьbу кабельных линий при сечениях жил 10-300мм 2 находится в пределах (60-180)•10 –6 См/кми определяется конструкцией кабеля [3]. У воздушных линий со сталеалюминиевыми проводами сечением 25150 мм 2 и среднегеометрическим расстоянием между проводами 13мудельная емкостная проводимость находится в пределах(2,73,6)•10 –6 См/км.

При отсутствии данных о длине и емкостной проводимости каждой линии сети для расчета зарядного тока обычно пользуются усредненными коэффициентами емкостной проводимости:

где Iззарядный ток, А;Uномноминальное фазное напряжение сети,кВ;bксредний коэффициент емкостной проводимости кабельных линий,См/км; lк суммарная эквивалентная длина кабельных линий сети,км; bв средний коэффициент емкостной проводимости воздушных линий,См/км; lвсуммарная эквивалентная длина воздушных линий,км.

При напряжениях до 10 кВэта формула имеет вид

Рис. 3.2. Векторные диаграммы напряжения относительно земли и зарядных токов сети с изолированной нейтралью

действующих сетях наиболее достоверные данные о зарядном токе получают путем измерений.

Векторная диаграмма напряжений относительно земли и зарядных токов сети приведена на рис. 3.2, а.По сравнению с током нагрузки зарядный ток очень мал и в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает.

При нарушении изоляции одной фазы возникает однофазное замыкание на землю (см. рис. 3.1, б). Напряжение этой фазы (фазас) относительно земли становится равным нулю, напряжение остальных фаз относительно землимеждуфазному напряжению, а зарядные токи этих двух фаз увеличиваются враз (рис. 3.2,б).

В сети с изолированной нейтралью коэффициентом замыкания на землю называют отношение , в которомнапряжение неповрежденной фазы при коротком замыкании в другой фазе (других фазах);Uнпнапряжение той же фазы в нормальном режиме). Для рассматриваемого случаяkз.з=.

Сумма зарядных токов фаз и тока замыкания на землю Iз.здолжна равняться нулю. Учитывая сдвиг фазы между зарядными токами двух неповрежденных фаз, можно заключить, что. ЗдесьIззарядный ток одной фазы в нормальном режиме работы;то же в неповрежденной фазе при замыкании на землю в другой фазе). ТокIз.з по сравнению с нагрузочным током сети или ее отдельных линий относительно мал и может вызывать заметную перегрузку линий только при очень малых сечениях проводников поврежденной линии.

Замыкание на землю практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режимы работы приемников, включенных на линейное напряжение, так как поверхность земли в точке заземления (повреждения) приобретает потенциал фазы (на рис. 3.2 фазыс), а напряжение здоровых фазаиbотносительно земли (и фазыс) становится линейным (междуфазным).

В связи с этим замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью считается не аварийным, а лишь анормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу; при этом питание потребителей не прерывается. Время, за которое требуется отыскать и отключить возникающее в сети замыкание на землю, обычно принимают равным 2 ч.Поскольку из всех видов нарушения изоляции однофазные замыкания на землю составляют около 7585%, то это обстоятельство существенно для обеспечения надежности питания потребителей. Другим преимуществом рассматриваемого вида сетей является отсутствие устройств заземления нейтрали, что снижает стоимость сети.

При работе в сетях с изолированной нейтралью следует обращать внимание на следующие обстоятельства:

1) повышение напряжения двух фаз относительно земли во время замыкания на землю третьей приводит к тому, что изоляцию всех фаз относительно земли необходимо рассчитывать не на фазное, а на междуфазное напряжение. Только при напряжениях до 35 кВэто не вызывает существенного удорожания сети;

2) возможность образования в месте замыкания на землю перемежающейся электрической дуги обусловливает возникновение коммутационных перенапряжении с амплитудой 46Uном. Эти перенапряжения могут нарушить работу некоторых приемников и привести к пробою изоляции в других местах и других фазах сети;

3) тепловое действие дуги на изоляцию фаз сети в месте замыкания на землю может привести к переходу однофазного замыкания на землю в двух или трехфазное (в кабельных линиях и в других случаях близкого расположения фазных проводников друг к другу);

4) возникновение в сети и в источниках питания при замыкании на землю системы токов обратной последовательности может привести к индуцированию в роторах синхронных генераторов токов двойной частоты и к существенному дополнительному нагреву роторов.

Из-за приведенных выше нежелательных явлений работа сети с изолированной нейтралью допускается, если токи замыкания на землю не превышают некоторых максимально допустимых значений, находящихся обычно в пределах 1030А(табл. 3.1). Величины максимально допустимых токов замыкания на землю зависят от типа используемых опор.

Допустимый ток замыкания на землю в сетях высокого напряжения с изолированной нейтралью напряжением до 35 кВ

Напряжение сети, кВ

Максимально допустимый ток замыкания на землю, А

Виды нейтралей электроустановок

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.
Читайте также:  Почему в туалете пахнет канализацией что делать

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.

Режимы работы нейтралей трансформаторов системы электроснабжения

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

  • требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
  • допустимыми токами замыкания на землю,
  • перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле, определяющих уровень изоляции электротехнических устройств,
  • необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
  • возможностью применения простейших схем электрических сетей.

При однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали .

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Нейтраль сети — это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.

Используются следующие режимы нейтрали:

эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.

Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой , а сети, подсоединённые к ней, соответственно, – сетями с глухозаземлённой нейтралью .

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью .

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью .

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью .

Электрическая сеть, напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (коэффициент замыкания на землю – отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания ) называется сеть с эффективнозаземлённой нейтралью .

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Напряжение, кВРежим нейтралиПримечание
0,23Глухозаземленная нейтральТребования техники безопасности. Заземляются все корпуса электрооборудования
0,4
0,69Изолированная нейтральДля повышения надежности электроснабжения
3,3
6
10
20
35
110Эффективно заземленная нейтральДля снижения напряжения незамкнутых фаз относительно земли при замыкании одной фазы на землю и снижения расчетного напряжения изоляции
220
330
500
750
1150
Читайте также:  Надо ли убирать маяки после штукатурки стен?

Системы с глухозаземленной нейтралью – это системы с большим током короткого замыкания на землю. При коротком замыкании место замыкания отключается автоматически. В системах 0,23 кВ и 0,4 кВ это отключение диктуется требованиями техники безопасности. Одновременно заземляются все корпуса оборудования.

Системы 110 и 220 кВ и выше выполняются с эффективно заземленной нейтралью . При коротком замыкании место замыкания также отключается автоматически. Здесь заземление нейтрали приводит к снижению расчетного напряжения изоляции. Оно равно фазному напряжению неповрежденных фаз относительно земли. Для ограничения величины токов короткого замыкания на землю заземляются не все нейтрали трансформаторов (эффективное заземление).

Режимы нейтрали трехфазных систем: а – заземленная нейтраль, б – изолированная нейтраль

Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Система с изолированной нейтралью применяется для повышения надежности электроснабжения. Характеризуется тем, что при замыкании одной фазы на землю возрастает напряжение фазных проводов относительно земли до линейного напряжения, и симметрия напряжений нарушается. Между линией и нейтралью протекает емкостной ток. Если он меньше 5А, то допускается продолжение работы до 2 ч для турбогенераторов мощностью до 150 МВт и для гидрогенераторов – до 50 МВт. Если установлено, что замыкание произошло не в обмотке генератора, а в сети, то допускается работа в течение 6 ч.

Сети от 1 до 10 кВ — это сети генераторного напряжения электрических станций и местные распределительные сети. При замыкании на землю одной фазы в такой системе напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает до величины линейного напряжения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на это напряжение.

Основное преимущество режима изолированной нейтрали — способность подавать энергию электроприемникам и потребителям при однофазном замыкании на землю.

Недостатком этого режима являются трудности о обнаружении места замыкания на землю.

Повышенная надежность режима (т.е. возможность нормальной работы при однофазных замыканиях на землю, которые составляют значительную часть повреждений электрооборудования) изолированной нейтрали обуславливает обязательное его применение при напряжении выше 1 кВ до 35 кВ включительно, поскольку эти сети питают большие группы электроприемников и потребителей.

С напряжения 110 кВ и выше применение режима изолированной нейтрали становится экономически невыгодным, так как повышение напряжения относительно земли с фазного до линейного требует существенного усиления фазной изоляции. Применение режима изолированной нейтрали до 1 кВ допускается и оправданно при повышенных требованиях к электробезопасности.

Режимы работы нейтрали электроустановок

Различные элементы (генераторы, трансформаторы и т. д.) энергосистем имеют нейтрали, режим работы которых существенно влияет на технико-экономические показатели электрических сетей (уровень изоляции, требования к оборудованию, защита от коротких замыканий и перенапряжений и т. д.) [1] .

Содержание

Общие положения

Случайное замыкание одного из проводов электрической сети с землей может явиться причиной появления значительного тока, протекающего через место повреждения и распространяющегося в земле. Если в сети имеется вторая заземлённая точка, например, заземлённая нейтраль энергосистемы, то ток, текущий в земле, направляется от места повреждения к этому заземлению.

При эксплуатации крупных электрических сетей время от времени возникают такие однополюсные замыкания на землю. Они могут быть вызваны обрывом провода, перекрытием или пробоем изоляции, накоплением на изоляторах грязи или пыли, а также птицами, ветвями деревьев и другими посторонними предметами. Токи однополюсного короткого замыкания распространяются на большие расстояния, как по проводам сети, так и по земле и могут стать причиной тяжёлый аварийных ситуаций в энергосистеме.

Заземление нейтрали является рабочим заземлением, то есть обусловлено режимом работы электрической сети, в отличии от защитного заземления (применяемого для обеспечения безопасной работы в электроустановках).

В Российских энергосистемах применяются следующие режимы работы нейтрали [2] :

  1. Изолированная нейтраль.
  2. Глухозаземленная нейтраль.
  3. Эффективнозаземленная нейтраль.
  4. Нейтраль, заземленная через активное сопротивление:
    • низкоомное;
    • высокоомное.
  5. Нейтраль, заземленная через дугогасящий реактор.

Изолированная нейтраль

При этом режиме работы нейтрали всех электроустановок оказываются незаземленными. Работа электрических сетей напряжением 2-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор. Компенсация ёмкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

  1. в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ — более 10 А;
  2. в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи: более 30 А при напряжении 3-6 кВ;
  3. более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении 15-20 кВ;
  4. в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор — более 5 А.

При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов.

При работе в сетях с изолированной нейтралью следует обращать внимание на следующие обстоятельства:

  1. повышение напряжения двух фаз относительно земли во время замыкания на землю третьей приводит к тому, что изоляцию всех фаз относительно земли необходимо рассчитывать не на фазное, а на междуфазное напряжение. Только при напряжениях до 35 кВ это не вызывает существенного удорожания сети;
  2. возможность образования в месте замыкания на землю перемежающейся электрической дуги обусловливает возникновение коммутационных перенапряжений с амплитудой 4…6 . Эти перенапряжения могут нарушить работу некоторых приемников и привести к пробою изоляции в других местах и других фазах сети;
  3. тепловое действие дуги на изоляцию фаз сети в месте замыкания на землю может привести к переходу однофазного замыкания на землю в двух- или трехфазное (в кабельных линиях и в других случаях близкого расположения фазных проводников друг к другу);
  4. возникновение в сети и в источниках питания при замыкании на землю системы токов обратной последовательности может привести к индуцированию в роторах синхронных генераторов токов двойной частоты и к существенному дополнительному нагреву роторов.

Из-за приведенных выше нежелательных явлений работа сети с изолиро-ванной нейтралью допускается, если токи замыкания на землю не превышают некоторых максимально допустимых значений, находящихся обычно, как показано в таблице 1, в пределах 10…30 А. Величины максимально допустимых токов замыкания на землю зависят от типа используемых опор.

Таблица 1 — Максимально допустимые токи замыкания на землю

Тип опорКласс напряжения, кВМаксимальный допустимый ток замыкания на землю, А
Деревянные3 и 630
1020
15-2015
3510
Железобетонные, стальные3…3510

В России с изолированной нейтралью работают следующие сети:

  1. трехфазные сети 6-35 кВ, в которых токи замыкания на землю не превышают допустимых значений;
  2. трехфазные трехпроводные сети до 1 кВ (например, сети 220 и 660 В);
  3. двухпроводные сети постоянного тока;
  4. все сети низких напряжений, в которых для обеспечения безопасности людей предусматривают защитные мероприятия, не связанные с применением заземлений (защитная изоляция, разделяющие трансформаторы и др.).

Глухозаземленная нейтраль

В электрический сетях с полностью изолированной нейтралью разность потенциалов между землей и нейтралью (центра тяжести треугольника напряжений) не является фиксированной величиной. При отсутствии каких-либо повреждений потенциал нейтрали трёхфазной симметричной системы равен потенциалу земли. В этом случае все три провода имеют одинаковый потенциал относительно земли. При замыкании одного из проводов на землю, то потенциал этого провода становится равным потенциалу земли, а потенциал нейтрали равным фазному значению напряжения. Таким образом, при однофазном замыкании потенциал нейтрали отличается от потенциала земли, а напряжение двух здоровых фаз относительно земли становится равным линейному значению напряжения. Изоляция здоровых фаз подвергается действию напряжения, превышающего его нормальное значение в [math]sqrt<3>[/math] раз.

Радикальным средством против изменения потенциала нейтрали и связанных с этим перенапряжений является глухое заземление нейтрали трёхфазной электрчиеской сети. В сетях высокого класса напряжения оно осуществляется путём непосредственного соединения нулевой точки одного или нескольких трансформаторов. В этом случае, при замыкании на землю одного провода создаются замкнутые контуры, которые содержат только активные и индуктивные сопротивления, которые и определяю картину явления протекания тока однофазного замыкания. Ёмкостные контуры играют лишь второстепенную роль. Токи, протекающие через землю, возвращаются в трансформатор через его заземлённую нейтраль; они имеют характер токов короткого замыкания. Для исключения повреждения оборудования и угрозы для жизни людей такие токи должны отключаться с наименьшей выдержкой времени.

Читайте также:  Как приподнять душевую кабину чтобы уходила вода?

Ток замыкания текущий по земле от места короткого замыкания к заземлённой нейтрали, состоит из двух составляющих, каждая из которых создаётся напряжением фазы [math]U_>[/math] . Первая составляющая протекает непосредственно через обмотку той фазы трансформатора, где произошло замыкание на землю. Её величина определяется индуктивностью [math]L_<1>[/math] данного фазного стержня трансформатора. Путь второй составляющй тока проходит по двум одинаковым и параллельным ветвям через две других не повреждённых фазы к месту повреждения.

Режим работы с глухозаземлённой нейтралью оказывается необходимым ввиду наличия в сетях автотрансформаторов, которые оказывается экономически целесообразно проектировать только с учетом глухозаземленной нейтрали. В противном случае изоляцию последовательной обмотки необходивмо рассчитывать на повышенные значения уровня напряжения. Именно этот факт приводит к удоражнию автотрансформатора и снижению его экономической эффективности применения.

В России работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так с эффективно заземленной нейтралью. Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью. Сети классом напряжения ниже 1 кВ также являются сетями с глухозаземленной нейтралью.

Эффективнозаземленная нейтраль

При режиме работы с эффективнозаземленной нейтралью, часть нейтралей электроустановок присоединяются к контуру заземления также, как и в случае глухозаземленной нейтрали, часть же электроустановок, с целью уменьшения токов коротких замыканий К1 и К11, оказывается целесообразным часть нейтралей трансформаторов оставить незаземленными. Как уже отмечалось, работа электрических сетей напряжением 110 кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так с эффективно заземленной нейтралью.

Нейтраль заземлённая через активное сопротивление

В резистивно заземлённой системе нейтраль трансформатора или генератора подключается к контуру заземления через активное сопротивление. Вследствие чего в контуре протекания тока короткого замыкания появляется дополнительное сопротивление, что приводит к его уменьшению. Резистивное сопротивление применяемое для заземления может быть двух типов: низкоомное и высокоомное.

Нейтраль, заземленная через низкоомное активное сопротивление

Никоомное сопротивление предназначено для ограничения токов замыкания на землю в диапазоне между от 100 до 1000 А.

Нейтраль, заземленная через высокоомное активное сопротивление

В случае высокоомного заземления используется резистор с высоким значением активного сопротивления.

В общем случае, использование высокоомного заземления в электрчиеских сетях, где ток однофазного замыкания на землю превышает 10 А, следует избегать из-за увеличения вероятности появления электрчиеской дуги в месте замыкания. Преимущества выскоомного заземления

  1. Однофазные замыкания на землю не требуют немедленного отключения. Это позволяет уменьшить величину недоотпуска элеткрической энергии потребителям.
  2. Снижается переходное перенапряжение.
  3. Упрощение обнаружения однофазных замыканий на землю.
  4. Снижение вероятности возникновения дуги, связанной с высокими величинами токов замыкания на землю.

Высокоомное заземление обычно используется в следующих случаях:

  1. Низкие классы напряжения с высокой долей трёхфазных элеткроприёмников.
  2. Средние классы напряжения в которых требуется поддержание непрерывности электроснабжения и низкими значениями ёмкостных токов.
  3. Модернизация электрических сетей с изолированной нейтралью, где необходимо уменьшить перенапряжения в переходных процессах, вызванных замыканиями на землю.

Нейтраль, заземленная через дугогасящий реактор

Для компенсации ёмкостных токов однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью применяются дугогосящие реакторы с ручным или автоматическим управлением. Компенсация ёмкостного тока однофазного замыкания на землю должна применяться при ёмкостных токах, превышающих значения приведённые в таблице [3] :

Номинальное напряжение электрической сети, кВ61015-2035
Ёмкостной ток однофазного замыкания на землю, А30201510

В сетях 6-35 кВ на железобетонных и металлических опорах должны использоваться дугогасящие реакторы при ёмкостном токе замыкания на землю более 10 А [3] . Мощность дугогасящих реакторов выбирается по ёмкостному току однофазного замыкания на землю в электрической сети и должна иметь резонансную настройку.

Виды нейтралей в электрических сетях

Электрические сети, как известно, делятся в зависимости от класса напряжения – до и выше 1000В. Нейтраль – это общая точка обмоток у трансформаторов и генераторов, соединенных в звезду. Если же схема обмоток треугольник и необходим ноль, то можно вспомнить про схему «скользящий треугольник». Будем рассматривать только сети переменного тока.

Виды заземления нейтрали в сетях до 1кВ

В электрических сетях напряжением до 1000В принято использовать три системы заземления нейтрали – это TN, IT, TT. Каждая из букв несет определенный смысл, разберемся:

  • 1-ая буква описывает способ заземления нейтрали источника питания
    • T (terra) – нейтраль глухозаземленная
    • I (isolate) – нейтраль изолирована (и – изолирована, легко запомнить)
  • 2-ая буква показывает способ заземления открытых проводящих частей (ОПЧ) с землей
    • N (neutral) – ОПЧ заземлены через глухозаземленную нейтраль источника питания
    • T – ОПЧ заземлены независимо от источника питания

В свою очередь система TN делится на три подсистемы – TN-C, TN-S и TN-C-S. В рамках данной подсистемы третьи буквы (C – combine, S – separe) обозначают совмещение или разделение в одном проводе функций нулевого защитного (PE) и нулевого рабочего (N) проводника.

Рассмотрим теперь каждую систему более подробно.

Система заземления TN

В этой системе нейтраль глухозаземлена, а открытые проводящие части заземлены через эту глухозаземленную нейтраль. Глухозаземленная – это значит что нейтраль присоединена непосредственно к заземляющему устройству (болтом, сваркой) или через малое сопротивление (трансформатор тока).

В сетях до 1кВ глузозаземленная нейтраль используется для питания однофазных и трехфазных нагрузок.

Система заземления TT

Система TT предполагает, что нейтраль источника питания глухозаземлена, а ОПЧ оборудования заземлены заземляющим устройством электрически несвязанным с нейтралью источника. То есть защитный PE-проводник создается у самого потребителя, а не идет от источника питания.

Система заземления IT

В системе IT нейтраль генератора или трансформатора изолирована или заземлена через устройства, имеющие высокое сопротивление, а ОПЧ заземлены независимо. Эта система не рекомендуется для жилых зданий, используется там, где при первом замыкании на землю не требуется перерыв питания. Это могут быть электроустановки с повышенными требованиями надежности снабжения электроэнергией.

Виды заземления нейтрали в электросетях выше 1кВ

В сетях напряжением выше 1000В используется изолированная (незаземленная) нейтраль, эффективно заземленная нейтраль и резонансно-заземленная нейтраль. Глухозаземленная нейтраль используется только в сетях до 1кВ.

Сети с незаземленной (изолированной) нейтралью

Исторически первая система заземления. Нейтральная точка источника питания не присоединена к заземляющему устройству. Обмотки соединены в треугольник и выходит, что нулевая точка отсутствует. Применяется на напряжение 3-35кВ.

Сети с эффективно-заземленной нейтралью

Этот вид заземления используется в сетях напряжением выше 110кВ. Достоинство заключается в том, что при однофазных замыканиях на неповрежденных фазах напряжение относительно земли будет равно 0,8 междуфазного в нормальном режиме работы. В этой системе сам контур заземления выполняется с учетом протекания больших токов КЗ, что делает его сложным и дорогим.

Сети с нейтралью, заземленной через резистор или реактор

Применяется в сетях 3-35кВ. Используется для уменьшения величины токов КЗ. Исторически был вторым способом заземления нейтрали. Заземление через резистор используется во всем мире, через реактор – в странах бывшего союза.

Заземление через реактор – при отсутствии замыкания ток через реактор мал. Когда происходит замыкание фазы на землю, то через место повреждения течет емкостной ток КЗ и индуктивный ток реактора. Если их величина равна, то в месте замыкания отсутствует ток (явление резонанса).

Заземление через резистор бывает низкоомным и высокоомным. Разница в величине тока, создаваемым резистором при замыкании на землю. Высокоомное применяется в сетях с малыми емкостными токами, в этом случае замыкание можно не отключать немедленно. Низкоомное заземление наоборот используется при больших емкостных токах.

Выбор виды заземления нейтрали зависит от следующих факторов:

  • величина емкостного тока сети
  • допустимая величина однофазного замыкания
  • возможности отключения однофазного замыкания
  • вида и типа релейных защит
  • безопасности персонала
  • наличия резерва

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector