16 Режимы работы нейтрали электрических сетей. Виды нейтрали в электрических сетях

16 Режимы работы нейтрали электрических сетей

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

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземленной, а сети, присоединенные к данной обмотке, — сетями с глухозаземленной нейтралью. Нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через трансформаторы напряжения, называется изолированной нейтралью, а сети, работающие в этом режиме нейтрали, — сетями с изолированной нейтралью. Сети, нейтраль которых заземлена через настроенные индуктивные сопротивления, компенсирующие емкостной ток сети, называются сетями с компенсированной нейтралью.

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

Выбор режима нейтрали в электрических сетях напряжением до 1000 В определяется главным образом безопасностью обслуживания сетей, а в сетях высокого напряжения, кроме того, бесперебойностью электроснабжения, надежностью работы и экономичностью электроустановок.

В соответствии с (ПУЭ) электроустановки напряжением до 1000 В допускаются как с глухозаземлешюй, так и с изолированной нейтралью.

Для наиболее распространенных четырехпроводных сетей трехфазного тока напряжением 380/220 или 220/127 В, ПУЭ требуют глухого заземления нейтрали.

В сетях с Изолированной нейтралью замыкание фазы на землю не вызывает короткого замыкания и не приводит к отключению поврежденной фазы. Сеть будет продолжать работать в полнофазном режиме, но при этом напряжения двух неповрежденных фаз по отношению к земле увеличатся до линейных напряжения.

Электроустановки напряжением выше 1000 В, согласно ПУЭ, делятся на электроустановки с малыми токами замыкания на землю ( I≤500 А), к которым относятся сети, работающие с изолированной или компенсированной нейтралью, и электроустановки c большими тока замыкания на землю (I>500 A), работающие с глухозаземленой нейтралью.

Ток однофазного замыкания в сетях с изолированной нейтралью определяется частичными емкостями фаз сети по отношению к земле и зависит от напряжения, конструкции и протяженности сети. В сетях с компенсированной нейтралью ток замыкания на землю ограничивается до минимально возможных значений соответствующей настройкой дугогасящей катушки.В сетях с глухозаземленной нейтралью при замыкании на землю или на заземленные части электроустановок протекают очень большие токи короткого замыкания и поэтому должно быть обеспечено автоматическое отключение поврежденного участка сети.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ,гл. 1.2).

1. Сети с номинальным напряжением до 1 кВ, питающиеся от понижающих трансформаторов, присоединенных к сетям с UH0M > 1 кВ, выполняются с глухим заземлением нейтрали.

2. Сети с UH0M до 1 кВ, питающиеся от автономного источника или разделительного трансформатора (по условию обеспечения максимальной электробезопасности при замыканиях на землю), выполняются с незаземленной нейтралью.

3. Сети с UH0M = 110 кВ и выше выполняются с эффективным заземлением нейтрали (нейтраль заземляется непосредственно или через небольшое сопротивление).

4. Сети 3 — 35 кВ, выполненные кабелями, при любых токах замыкания на землю выполняются с заземлением нейтрали через резистор.

5. Сети 3 — 35 кВ, имеющие воздушные линии, при токе замыкания не более 30 А выполняются с заземлением нейтрали через резистор.

studfiles.net

Классификация электрических сетей по способу заземления нейтрали. Свойства сетей с глухозаземленной нейтралью

Нейтралью, называют общую точку обмоток трансформаторов или двигателей при соединении в звезду. На рисунке 7.1 показаны нейтраль N1 обмотки W1 высшего напряжения и нейтраль N2 обмотки W2 низшего напряжения.

Рисунок 7.1 – Понятие нейтрали

Нейтраль может быть либо соединена с землей непосредственно, либо через какие-либо элементы (резистор, катушку индуктивности и т. д.), либо она может быть изолирована от земли. По ПУЭ [1] нейтрали могут быть двух видов: изолированные и глухозаземленные.

Глухозаземленная нейтраль (п. 1.7.5) –это нейтраль, непосредственно присоединенная к глухозаземленному устройству (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Глухозаземленная нейтраль

Изолированная нейтраль (п. 1.7.6) – это нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству (рисунок 7.1) или присоединенная к нему через большое сопротивление: реактор L (рисунок 7.3, а) или активное сопротивление R (рисунок 7.3, б).

Рисунок 7.3 - Соединение нейтрали с землей: а) через реактор; б) через активное сопротивление

При соединении трехфазной обмотки трансформатора в треугольник нейтраль отсутствует. Следовательно, у обмотки трансформатора, соединенной в треугольник, как и у обмотки трансформатора с изолированной нейтралью, нет связи с землей. Поэтому трансформаторы с соединением обмоток в треугольник можно рассматривать как трансформаторы с изолированной нейтралью.

Заземление нейтрали может быть либо рабочим, либо защитным. Если заземление нейтрали выполнено с целью электробезопасности персонала, то такое заземление называется защитным. Если заземление нейтрали выполнено с целью придания определенных свойств электрической сети, то такое заземление называется рабочим.Защитное заземление применяется в сетях напряжением ниже 1000 В, рабочее - в сетях напряжением выше 1000 В.

В зависимости от способа рабочего заземления нейтрали ПУЭ выделяет пять видов сетей:

1) сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью;

2) сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор;

3) сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление;

4) сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью;

5) сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Из этой классификации видов сетей по способу заземления нейтрали следует, что электрические сетей напряжением 6-35 кВ могут работать либо с изолированной нейтралью, либо с нейтралью заземленной через дугогасящий ректор, либо с нейтралью, заземленной через активное сопротивление. Режим нейтрали в сетях 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий ректор выбирается в зависимости от величины тока замыкания на землю.

Основной режим для сетей 6-35 кВ является режим с изолированной нейтралью. Если токи замыкания на землю Iз превышают максимально допустимое значение, то применяют режим нейтрали, заземленной через дугогасящий реактор для компенсации (снижения) емкостного тока замыкания на землю. Заземление нейтрали через активное сопротивление в сетях 6-35 кВ может применяться при любой величине тока замыкания.

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при следующих значениях этого тока:

· в воздушных сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры, и во всех воздушных сетях напряжением 35 кВ – при токах более 10 А;

· в кабельных сетях и в воздушных сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи (т.е., имеющих только деревянные опоры) при токах:

более 30 А при напряжении 3-6 кВ;

более 20 А при напряжении 10 кВ;

более 15 А при напряжении 15-20 кВ;

более 10 А при напряжении 35 кВ;

· в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор - более 5 А.

Способ заземления нейтралей трансформаторов в электрических сетях является важнейшей проблемой для всех сетей. Особенно актуален выбор режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Так как, во-первых, они являются распределительными и по ним непосредственно получают питание потребители и электроприемники. Следовательно, в первую очередь, от них зависит надежность работы промышленных предприятий. Во-вторых, режим заземления нейтралей трансформаторов в электрических сетях влияет на:

- стоимость электрической сети;

- надежность работы и аварийность электрооборудования;

- безопасность человека и животных, находящихся вблизи линии;

- принципы выполнения релейной защиты;

- принципы и методы определения места повреждения (пробоя изоляции).

В мировой практике нет единого мнения об оптимальной области применения того или иного способа заземления нейтралей. Так, в странах Западной Европы и в Японии заземление нейтралей через дугогасящий ректор используется в сетях до 220 кВ, а в США имеются распределительные сети 10 – 15 кВ с эффективным заземлением нейтрали. В США, Канаде, Австралии, Великобритании глухое заземление нейтрали используется в сетях напряжением 4-25 кВ [Гужов]. Во Франции широко используются сети с нейтралью, заземленной через активное сопротивление. но рассматривается переход к нейтрали, заземленной через дугогасящий ректор. Основные проблемы выбора способа заземления нейтрали связаны с решением вопросов бесперебойного электроснабжения, снижения дуговых перенапряжений и создания эффективных средств релейной защиты и устройств определения места повреждения при замыканиях на землю. В комплексе эти проблемы на сегодняшний день не преодолены. При этом каждый из перечисленных способов заземления нейтрали имеет свои недостатки и свою область применения

infopedia.su

РЕЖИМЫ РАБОТЫ НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Согласно ПУЭ [1] в РФ принята следующая классификация режимов работы нейтрали электрических сетей.

1. Изолированная нейтраль – режим работы, при котором нейтраль трансформатора непосредственно не соединяется с землей.

2. Заземленная нейтраль.

а) б)

Рис. 2.1. Графическое изображение нейтрали на схеме:

а) изолированной; б) заземленной

В каждом режиме существуют разновидности [8]. Так, режим изолированной нейтрали включает в себя изолированную нейтраль с компенсацией емкостного тока; нейтраль, заземленную через большое активное сопротивление. Разновидностями заземленной нейтрали, или эффективно заземленной, являются глухо заземленная нейтраль (непосредственное соединение нейтрали с землей без промежуточных элементов), заземленная через реактор или резистор небольшого сопротивления. К этому классу относятся и системы с рассредоточенным заземлением нейтрали, то есть с разземлением части нейтралей трансформаторов для уменьшения тока однофазного КЗ. Выбор режима работы нейтрали определяется, в основном, поведением системы при наиболее часто встречающихся повреждениях − однофазных замыканиях. Разделение режимов работы нейтрали производится по величине коэффициента замыкания фазы на землю или коэффициента эффективности заземления нейтрали

. (2.1)

Здесь: – напряжение «здоровой» фазы при замыкании на землю другой;

− фазное напряжение в нормальном режиме работы сети.

При

− режим изолированной нейтрали,

при − режим заземленной нейтрали.

2.1. Причины возникновения переходных процессов

Переходные процессы возникают вследствие изменения режимов, обусловленных изменением эксплуатационных условий или результатом повреждения изоляции или токоведущих частей электроустановок. Так как, в соответствии с законом сохранения энергии, энергия не может измениться мгновенно, это вызывает переход от одного режима к другому за конечное время. Наиболее тяжелые последствия вызывают переходные процессы при коротких замыканиях. Из всего многообразия причин возникновения КЗ можно выделить несколько основных.

1. Нарушение изоляции, вызванное ее старением, загрязнением поверхности изоляторов, механическими повреждениями.

2. Механическими повреждениями элементов электрической сети (обрыв провода линии электропередачи и т.п.).

3. Преднамеренные КЗ, вызываемые действием короткозамыкателей.

4. Перекрытие токоведущих частей животными и птицами.

5. Ошибки персонала подстанций при проведении переключений.

Уменьшение количества КЗ в электрических системах связано со строгим соблюдением «Правил технической эксплуатации электроустановок» и повыше-

нием качества продукции электротехнической промышленности.

2.2. Виды КЗ в системах электроснабжения

К основным видам КЗ относятся следующие.

1. В системах с заземленной нейтралью:

− однофазное КЗ – К(1);

− двухфазное КЗ на землю – К(1.1);

− двухфазное КЗ – К(2);

− трехфазное симметричное КЗ – К(3).

2. В системах с изолированной нейтралью:

− простое однофазное замыкание – З(1);

− двухфазное короткое замыкание – K(2);

− трехфазное КЗ – К(3).

К(1) З(1)

а) б)

Рис. 2.2. Виды однофазных замыканий:

а) однофазное КЗ − К(1); б) простое однофазное замыкание на землю − З(1)

КЗ на рисунке 2.2а возникает наиболее часто (83–95 %) и является самым распространенным повреждением в системах с заземленной нейтралью. Простое замыкание на землю (рис. 2.2б) возникает с относительной вероятностью 65 %, т.е. также является наиболее распространенным видом повреждений в системах с изолированной нейтралью.

К(1.1) К(2)

а) б)

Рис. 2.3. Двухфазное на землю КЗ:

а) К(1.1); б) эквивалентно К(2)

Для КЗ на рисунке 2.3а вероятность возникновения 2−8 %. Повреждение на рисунке 2.3б возникает с относительной вероятностью 20 %.

К(2) К(2)

а) б)

Рис. 2.4. Двухфазное (междуфазное) КЗ:

а) К(2); б) К(2)

Вероятность повреждения для КЗ на рисунке 2.4а составляет 2−5 %. Второй вид повреждений (рис. 2.4б) возникает с относительной вероятностью 10 %.

Ток трехфазного короткого замыкания не зависит от режима работы нейтрали.

К(3)

а) б)

Рис. 2.5. Трехфазное КЗ:

а) К(3); б) К(3)

Для рисунка 2.5а вероятность трехфазного КЗ 1−4 %. Для КЗ рис. 2.5б характерна относительная вероятность возникновения – 5 %.

Основным расчетным видом КЗ будет считаться трехфазное КЗ – К(3), поскольку последствия данного повреждения в большинстве случаев наиболее тяжелые для оборудования и системы в целом (если речь идет о системных авариях). Кроме этого, как будет показано ниже, расчет несимметричного КЗ также сводится к расчету трехфазного короткого замыкания.

infopedia.su

Режимы работы нейтралей в электроустановках.

Нейтралями электроустановок называют общие точки трехфазных обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
сети с эффективно заземленными нейтралями;
сети с глухозаземленными нейтралями.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ, гл. 1.2).

Сети с номинальным напряжением до 1 кВ, питающиеся от понижающих трансформаторов, присоединенных к сетям с Uном > 1 кВ, выполняются с глухим заземлением нейтрали.

Сети с Uном до 1 кВ, питающиеся от автономного источника или разделительного трансформатора (по условию обеспечения максимальной электробезопасности при замыканиях на землю), выполняются с незаземленной нейтралью.

Сети с Uном = 110 кВ и выше выполняются с эффективным заземлением нейтрали (нейтраль заземляется непосредственно или через небольшое сопротивление).

Сети 3 — 35 кВ, выполненные кабелями, при любых токах замыкания на землю выполняются с заземлением нейтрали через резистор.

Сети 3—35 кВ, имеющие воздушные линии, при токе замыкания не более 30 А выполняются с заземлением нейтрали через резистор.

Компенсация емкостного тока на землю необходима при значениях этого тока в нормальных условиях:

в сетях 3 - 20 кВ с железобетонными и металлическими опорами ВЛ и во всех сетях 35 кВ - более 10 А;
в сетях, не имеющих железобетонных или металлических опор ВЛ: при напряжении 3 - 6 кВ - более 30 А; при 10 кВ - более 20 А; при 15 - 20 кВ - более 15 А;
в схемах 6 - 20 кВ блоков генератор - трансформатор - более 5А

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