Сети с компенсированной нейтралью (разновидность изолированной), режимы работы, достоинства и недостатки. Сети с изолированной нейтралью6.2.5. Трехфазные сети с изолированной нейтральюТакие сети отличаются тем, что нейтральная точка источника питания не имеет связи с землей (или имеет связь через очень большое сопротивление) и нейтральный провод отсутствует. В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы напряжение прикосновения Unp и ток Ih, проходящий через человека в период касания к одной из фаз, например к фазному проводнику L1 (рис. 6.4), определяются уравнениями (6.2) и (6.3), в которых надо принять .
Рис. 6.4. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы Тогда выражение для тока, проходящего через человека, в комплексной форме имеет вид . (6.9) Основываясь на этом равенстве, рассмотрим следующие три случая. 1. При равенстве сопротивлений изоляции и емкостей фаз относительно земли, т.е. при r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = C, а, следовательно, при Y1 = Y2 = Y3 =Y получим, заменив проводимости полными сопротивлениями и имея в виду, что(a2 + a + 1) = 0, ток через человека , (6.10) где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом; . В действительной форме выражение для тока примет вид . (6.11) 2. При равенстве сопротивлений изоляции и малых значениях емкостей фаз относительно земли, которыми можно пренебречь, т.е. при r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = 0, и, следовательно, при иZ=r, т.е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции, что может иметь место в коротких воздушных сетях, получим из (6.11) ток, проходящий через человека, в действительной форме . (6.12) Выражение (6.12) показывает значение изоляции как фактора безопасности: чем выше сопротивление изоляции сети r, тем меньше ток, проходящий через человека, при однофазовом прикосновении. При прикосновении человека к одной фазе в сети с малой емкостью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопротивление фаз относительно земли значительно больше сопротивления цепи человека, т.е. Z>>Rch, ток, проходящий через человека, ограничивается сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления цепи человека. Полное сопротивление цепи человека Rch = Rh + Rоб + Rн, где Rоб - сопротивление обуви, Ом; Rн - сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока, Ом. При сопротивлениях фазы относительно земли, равных нескольким десяткам кОм и более, ток, проходящий через человека, невелик и даже может не превышать длительно допустимой величины. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью, имеющих высокое сопротивление изоляции и малую емкость и не имеющих поврежденной изоляции, безопасно однофазное прикосновение. Однако у разветвленных сетей с большим числом потребителей общее сопротивление изоляции мало и емкость имеет значительную величину. 3. При равенстве емкостей и больших активных сопротивлениях изоляции по сравнению с емкостными, т.е. при r1 = r2 = r3 = r; C1 = C2 = C3 = C, и, следовательно, при и, что может быть в кабельных сетях, , (6.13) где емкостное сопротивление фазы относительно земли, Ом. Сеть с большой емкостью опасна, так как ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе, может достигать больших значений. Выражения (6.10) - (6.13) показывают, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. Вместе с тем, этот случай менее опасен, чем прикосновение в сети с заземленной нейтралью [ср. уравнения (6.5) и (6.12)]. При аварийном режиме (рис. 6.5), когда имеет место замыкание фазы (например, фазы 3) на землю через малое активное сопротивление rзм, проводимости других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (6.9) Y1 = Y 2=0, получим . Производя соответствующие преобразования и имея в виду, что Y3=1/rзм и Yh=1/Rh , получим значение тока в действительной форме . (6.14) Напряжение прикосновения . (6.15) Если принять, что rзм = 0 или, по крайней мере, считать, что rзм << Rh (так обычно бывает в действительных условиях), то согласно уравнению (6.15) , т.е. человек окажется под линейным напряжением. В действительных условиях rзм > 0, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети. Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (ср. уравнения (6.12) и (6.14), имея в виду, что r/3 >> rзм). Вместе с тем этот случай является также, при прочих равных условиях, более опасным, чем прикосновение к исправной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью (ср. уравнения (6.7) и (6.14), имея в виду, что r0, мало по сравнению с rзм).
а
б Рис. 6.5. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме: а - схема сети; б - векторная диаграмма напряжений (при условии, что Y1 = Y2 = 0) studfiles.net 2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ2.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮРежим работы электрической сети, изолированной от земли (режим изолированной нейтрали, IT-системы),широко применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особо опасных по условиям электропоражения. Ктаким электроустановкам относятся системы энергоснабжения: –медицинских учреждений, больниц, судов; –железнодорожных предприятий; –предприятий горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности; –испытательного, лабораторного, взрывоопасного производства и др. Вэлектрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в значительной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Для обеспечения требуемого уровня сопротивления изоляции в электрической сети или конкретной электроустановке правила предписывают ведение непрерывного автоматического контроля (мониторинга) сопротивления изоляции, осуществляемого устройствами контроля изоляции. ВIT-сетяхусловия электробезопасности обеспечиваются высоким сопротивлением изоляции относительно земли, однако при необходимости обеспечения высокой степени безопасности вполне оправдано применение УЗО. Функции устройства контроля изоляции заключаются в измерении сопротивления изоляции сетей под рабочим напряжением и при включенных токоприемниках, оценке результатов измерения путем сравнения с уставкой, задаваемой, как правило, по условиям электробезопасности, и, в случае необходимости, включении сигнализации или воздействии на отключающий аппарат. Таким образом, устройство контроля изоляции осуществляет «защиту человека изоляцией цепей электроустановки» путем ведения непрерывного измерения сопротивления изоляции с целью поддержания его значения на уровне, обеспечивающем условия электробезопасности. Вышеизложенное означает, что контроль изоляции является, необходимым, но не достаточным условием обеспечения условий электробезопасности. Достаточными условиями могут быть: поддержание сопротивления изоляции на уровне выше критического, защитное отключение и т. п. 2.2. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮПо назначению устройства контроля изоляции можно разделить на группы: А − устройства автоматического (непрерывного) контроля сопротивления изоляции сети или установки относительно земли; Б − инспекторские приборы для периодических контрольных измерений сопротивления изоляции в рабочем режиме сети; В− устройства селективного обнаружения в разветвленных электрических сетях присоединения (фидера) с пониженным сопротивлением изоляции. Внастоящее время в России и за рубежом выпускаются устройства контроля изоляции, отличающиеся друг от друга принципом действия, конструктивными решениями, областью применения, надежностью работы. Главными элементами таких устройств являются разделительный трансформатор с устройствами контроля перегрузки, температуры и сопротивления изоляции самого трансформатора, система автоматического включения резерва – АВР, система контроля изоляции электроустановки ответственного потребителя. При этом к разделительному трансформатору предъявляются высокие технические требования по сопротивлению изоляции между первичной и вторичной обмотками, по нагреву, по значению пускового тока, по исполнению и т. д. Применение устройств контроля изоляции регламентируется ПУЭ (изд.6) п.1.6.12: «В сетях переменного тока выше 1 кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью, в сетях переменного тока до 1 кВ с изолированной нейтралью и в сетях постоянного тока с изолированными полюсами или с изолированной средней точкой, как правило, должен выполнятся автоматический контроль изоляции, действующий на сигнал при снижении сопротивления изоляции одной из фаз (или полюса) ниже заданного значения, с последующим контролем асимметрии напряжения при помощи показывающего прибора (с переключением)». В ПУЭ 7-гоиздания в п. 1.7.166. предписывается обязательное применение контроля изоляции в передвижных электроустановках: «Автономные передвижные источники питания с изолированной нейтралью должны иметь устройство непрерывного контроля сопротивления изоляции относительно корпуса (земли) со световым и звуковым сигналами. Должна быть обеспечена возможность проверки исправности устройства контроля изоляции и его отключения». Выбор уставки устройств автоматического контроля сопротивления изоляции осуществляют по условиям электробезопасности или по устойчивому среднему уровню сопротивления изоляции сети относительно земли. Одним из наиболее трудоемких и сложных мероприятий в практике эксплуатации сетей, изолированных от земли, переменного и постоянного тока (IT) является выявление фидера (присоединения), в котором произошло замыкание на землю или унизилось до недопустимого уровня сопротивление изоляции. Существует класс приборов – RCM − residual current monitor − устройство контроля дифференциального тока по классификации МЭК. Эти приборы обеспечивают селективный контроль изоляции. По исполнению они могут быть стационарными, с центральным блоком управления и опроса токовых датчиков, установленных на присоединениях, и переносными, в виде токоискательных клещей, позволяющими оператору проследить всю трассу возникшей утечки тока на землю. Селективным (избирательным) принято называть действие защитного устройства, обеспечивающее отключение только поврежденного участка сети или элемента электрооборудования посредством ближайших к нему выключателей. Алгоритм селективного отключения присоединений должен быть составлен с учетом конфигурации сетей, их разветвленности, категории электроснабжения и т.д. Также следует отметить, что в последнее время стала очевидной тенденция широкого применения сетей типа IT в комплексе с устройством контроля изоляции и в электроустановках бытового назначения – с целью достижения максимально возможной надежности и безопасности электроснабжения. 2.3. ЗАЗЕМЛЕНИЕ КАК СРЕДСТВО ЗАЩИТЫНазначение, принцип действия, область применения. Защитное за- земление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п. Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты. Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п. Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю. Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования). Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлен. В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети. Корпус электроустановки заземлен. В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным: Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:
где α1 – коэффициент напряжения прикосновения. Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока RЗ, можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека. Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю IЗ практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типаIT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя. Всетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно. Всоответствии с главой 1.7 ПУЭ (седьмого издания) питание электроустановок напряжением до 1 кВ переменного тока от источника с глухозаземленной нейтралью и заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система ТТ), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. studfiles.net режимы работы, достоинства и недостатки
Сети 6-35 кВ в РФ в основном выполняются с изолированной нейтралью. За счет этого минимизируются токи короткого замыкания на землю. Это повышает надежность работы сети, так как некоторые «земли» самоустраняются. А с другими сеть может работать длительное время, необходимая для поиска места КЗ, его локализации, производства необходимых переключений. В результате можно сохранить работоспособность электрооборудования потребителей, грамотно выводя из строя линию с повреждением, заменив ее резервной. Малые токи КЗ на землю позволяют занизить и требования к заземляющим устройствам. Наличие всего трех проводов и режимов работы сети со сверхтоками только при междуфазных замыканиях между ними позволяет упростить и устройства РЗА. Достаточно установить два трансформатора тока для регистрации любых замыканий между фазами. Традиционно они ставятся в фазы «А» и «С». Недостатки сети с изолированной нейтралью.
Но за простоту всегда приходится платить. Сеть с изолированной нейтралью допускает работу с землей на одной фазе длительное время. Но при этом фазные напряжения становятся равны линейным. Это происходит на двух оставшихся без замыкания на землю фазах. Для того, чтобы электрооборудование выдерживало этот режим, оно изначально рассчитывается на линейное напряжение сети. Но и этого оказывается мало. Всегда существуют участки с ослабленной изоляцией, на которые резкое повышение напряжения может подействовать губительно. Возникает двойное замыкание, ток его возрастает. Нередко в случаях КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью происходят повреждения электрооборудования в местах, достаточно далеких от места КЗ.
Добавим к этому и тот факт, что при замыканиях, происходящих через дугу, регулярно погасающую в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, фазное напряжение возрастает далеко не в корень из трех раз. Оно становится больше линейного. Считается, что в этих случаях напряжение может подскакивать в 2,5 раза, и даже более. Еще один недостаток, связанный с замыканиями на землю: в трансформаторах напряжения при этом происходят феррорезонансные процессы. Это приводит к выходу их из строя за счет перегрева первичной обмотки резонансными токами, во много раз превышающими номинальный. С этими процессами борются, усложняя конструкцию ТН и их цепей, но стопроцентной защиты пока достичь не удается.
Емкостные токи замыкания на землю.
Но и токи замыкания на землю не всегда бывают такими уж и небольшими. За счет чего они образуются? Ведь очевидного пути для их распространения нет – нейтраль-то изолирована. Токи утечки на землю в сети с изолированной нейтралью, в отличие от глухозаземленной, носят емкостной характер. Они есть всегда, наибольшая их величина – у кабельных и воздушных линий электропередачи. Поэтому получается, что в эквивалентной схеме трехфазной сети с изолированной нейтралью между каждой из фаз и землей включен конденсатор. Чем больше в сети кабельных линий, тем больше емкость этого конденсатора. {xtypo_sticky}При КЗ на землю одной из фаз ее емкость выпадает из общей картины. Но в точке замыкания она через землю и эквивалентные емкости соединяется с другими фазами сети. Через эту цепь и протекает ток замыкания, носящий емкостной характер.{/xtypo_sticky} Ток этот можно рассчитать, и даже измерить. При превышении им определенных значений замыкание уже не будет таким безобидным, его действие будет довольно разрушительным.
Компенсация емкостных токов
При превышении емкостными токами замыкания на землю величин, указанных в таблице, сеть должна быть снабжена установками компенсации.
Установка компенсации емкостных токов состоит из двух элементов. Первый из них – трансформатор, задача которого – выделить из трехфазной сети потенциал нейтрали. Это почти обычный силовой трансформатор, у которого первичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом. Нейтраль звезды соединяется с землей через дугогасящую катушку. Второе ее название – катушка Петерсона. Она бывает также похожа на силовой трансформатор с маслонаполненным баком, а иногда имеет и другую конструкцию. Но основная ее особенность в том, что ее индуктивность регулируется, плавно или ступенчато. При отсутствии замыкания ток через катушку минимален. Предварительно ее настраивают в резонанс с общей емкостью сети. На устройствах со ступенчатой регулировкой это выполняется довольно приближенно и грубо. Если суммарное емкостное сопротивление сети больше, чем индуктивное сопротивление катушки, этот режим работы называется недокомпенсацией. Если ситуация противоположная – перекомпенсацией. Режим с перекомпенсацией для электроустановок является предпочтительным. Но емкостное сопротивление сети постоянно изменяется в зависимости от подключенных к ней кабельных линий. В результате режим установки компенсации требует постоянной корректировки. Наиболее эффективным является применением плавной регулировки индуктивности катушки Петерсона. Он производится за счет изменения зазора в ее магнитопроводе с помощью специального электропривода. За этим следит автоматика. Помимо основного электрооборудования в состав установки компенсации емкостных токов, входят и вспомогательные элементы. Это трансформатор тока, служащий для измерения тока замыкания на землю, специальная обмотка для выделения 3Uo.
Работа установки компенсации
При замыкании на землю в точку КЗ течет емкостной ток сети. При наличии установки компенсации туда же отправляется и ток через дугогасящую катушку. В точке КЗ они взаимно компенсируют друг друга, снижая или сводя к минимуму ток в поврежденной фазе. При этом дуговое замыкание при переходе синусоидального напряжения КЗ через ноль гаснет. Для ее повторного зажигания напряжения оказывается недостаточно. Так минимизируются все вредные воздействия замыкания на землю на всю сеть целиком. Составляющей тока, оставшейся нескомпенсированной, достаточно для срабатывания земляной защиты присоединения. Тем не менее, ее рано вводить на безусловное отключение линии, так как ошибки в действиях защиты все же случаются. Чтобы сделать работу ОЗЗ максимально эффективной, современные катушки Петерсона содержат в своем составе резистор с заранее рассчитанной величиной сопротивления. В момент замыкания контактором он подключается в цепь катушки на ограниченное время, достаточное для срабатывания защиты. Так нейтраль кратковременно приобретает резистивное заземление. За счет ввода активной составляющей тока замыкания на землю произойдет отключение только линии, подпитывающей КЗ.
Недостатки сети с компенсированной нейтралью
Основной недостаток, связанный с применением установок компенсации, как ни странно, вытекает из их достоинства. Снижая величину емкостного тока, они минимизируют повреждения в точке КЗ и не дают ему развиться до междуфазного. Если речь о кабельной линии, то найти потом это повреждение достаточно сложно. К тому же компенсированная нейтраль не излечивает полностью сети с изолированной нейтралью от их собственных недостатков, описанных выше.
pue8.ru 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: za ≠ zb ≠ zc и са ≠ cb ≠ cc, поэтому несимметричны и полные проводимости между каждой фазой и землей: Ya ≠ Yb ≠ Yс (3.7) Общая схема с изолированной нейтралью предоставлена на рисунке 3.3
Рисунок 3.3
Yb=gb+jbb; (3.8) Yc=gc+jbc;
В случае замыкания на землю одной из фаз проводимость ее относительно земли возрастает на величину переходной проводимости в месте замыкания на землю Для напряжения фаз относительно земли из векторной диаграммы находим:
Рисунок 3.4
Ubз=Ub-Uo; (3.9) Ucз=Uc-Uo;
Напряжение смещения нейтрали определяется по формуле известной из электротехники:
В сетях напряжением до 1000В малой протяженности ёмкость невелика и емкостной проводимостью можно пренебречь, т.е. Ca=Cb=Cc=0 и если предположить, что
Выражение показывает значение изоляции как фактора безопасности:
При сопротивлении изоляции фаз относительно земли, значительно большем сопротивления человека(R>Rч), 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,
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>>│Ya+ Yb+ Yc│ (3.15) Тогда
В этом выражении можно пренебречь сопротивлением заземления нейтрали, так как оно не превышает 10 Ом, а сопротивление энергетической цепи человека не ниже 1 КОм
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. infopedia.su Электрическая сеть с изолированной нейтралью Электрическая сеть с изолированной нейтралью Электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты и сигнализации с большим сопротивлением (по ГОСТ 24291-90)Источник: Термины и определения в электроэнергетике. СправочникСтроительный словарь.
Смотреть что такое "Электрическая сеть с изолированной нейтралью" в других словарях:
dic.academic.ru 27Сети с изолированной нейтральюВ таких сетях не бывает однофазного КЗ. Бывают только однофазные замыкания на землю. Допустим, что замыкание металлическое: Ток через место замыкания будет в 3 раза больше, чем протекающий в нормальном режиме. Ток протекающий через землю суммируется от всей сети данного класса напряжения. Для определения тока нужно знать всю сеть, которые могут быть в нормальном, ремонтном или послеаварийном режиме. Преимуществом данной сети является то, что допускается неограниченно долго работать с однофазным замыканием на землю тк протекает небольшой ток однофазного замыкания на землю. Такие сети применяются на 6-35 кВ. В соответствие с ПУЭ допустимые величины токов замыкания на землю:
При таких токах не будет серьезных повреждений и однофазное замыкание не перейдет в двухфазное КЗ. Если ток превышает указанную величину, то в нейтраль устанавливают дугогасящий реактор. 28. Режимы нейтрали сети до 1000 в.1)TN-C – совмещенные нулевой, рабочий и защитный проводники PEN Провод PEN не допускает разрыва, в этой цепи нельзя поставить аппарат. Если имеются потребители у которых необходимо заземление токоведущей части, то применяется система TN-C-S. Самым большим недостатком была возможность появления линейного напряжения на корпусах электроустановок при аварийном обрывенуля.
2)TN-C-S – от нейтрали идет PEN, который в каком-то месте схемы разделяется на PE (нулевой защитный) и N (нулевой рабочий) N – используется для подключения фазной нагрузки PE – используется для заземление токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением
2)TN-S – на всем протяжении выполняются PE и N. Рабочий и защитный ноль разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкцию металлической арматуры.
4)ТТ – нулевой защитный проводник выполняется отдельно в какой-то части схемы. В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции. Достоинства: высокая устойчивость к разрушению N по пути от ТП к потребителю. Это разрушение никак не влияет на PE. Недостатки: требования более сложной молниезащиты (возможность появления пика между N и PE), а также невозможность для обычного автоматического выключателя отследить КЗ фазы на корпус прибора (и далее на PE). Это происходит из-за довольно заметного (30-40 Ом) сопротивления местного заземления.
5)IT – нейтраль ИП изолирована, PE организуется по месту нахождения нагрузки. В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в такой системе будет низким и не повлияет на условия работы присоединённого оборудования. Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения, к которым предъявляются повышенные требования надёжности и безопасности, например в больницах для аварийного электроснабжения и освещения.
studfiles.net Токи замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.
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 rл и xл, а также поперечными активными и емкостными проводимостями gл и bл. 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 ХЛ=0,4 Ом/км для ВЛ и ХЛ=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 САЗ, СВЗ, ССЗ и между фазами САВ, СВС, ССА, 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
САВ = СВС = ССА = СМ,
где СФ - емкость фазного провода по отношению к земле; СМ - междуфазная емкость; С0 – ёмкость нулевой последовательности, которая для симметричной линии равна емкости фазного провода по отношению к земле. Значения удельных значений фазных емкостей СУД 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 IН, 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 IС (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 САЗ, СВЗ, ССЗ, на рисунке 7.10, в они обозначены СА, СВ и СС. 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 UА, UВ и UС равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора UАN, UВN и UСN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле UNЗ 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 UА= UВ = UС= UФ емкостные токи фаз также равны между собой
IС,А = IС,В = IС,С = Uф·ω·C (7.3)
Зарядные токи носят емкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 7.11) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90о. 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 СВ – 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 СС – 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 IЗ равен векторной сумме токов IС,В и IС,С двух контуров и определяется выражением
где UВА и UСА – 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 UВА и UСА 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
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 IС,В и IС.С фаз В и С одной линий будут суммарные токи ΣIС,В и ΣIС.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:
где эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети
где ΣСФ – 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 IсЛ1 и IсЛ2, обусловленные емкостями СЛ1 и СЛ2 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]
где UСР.НОМ – среднее номинальное напряжение сети; lК (lВ) -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. infopedia.su |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Ya=ga+jba;
, при прикосновении человека к фазе переходное сопротивление равно сопротивлению цепи человека r'= Rh.
Uаз=Ua-Uo;
(3.10)
то
(3.11)
(3.12)
(3.13)
или
(3.16)
(3.17)
= С0;
, (7.4)
(7.5)
, (7.6)
, (7.7)
, (7.8)
