Виды заземления нейтрали

Что такое эффективно заземленная нейтраль и в чем ее преимущества

Для передачи электроэнергии на большие расстояния применяют сети высокого напряжения. Безопасная эксплуатация обеспечивается средствами защиты, которая для каждого напряжения своя. В зависимости питающего напряжения применяют различные виды заземления нейтрали. Согласно правилу эксплуатации электроустановок, в сетях до 0,4 КВ применяется глухозаземленная нейтраль. В сетях 0,6-35 кВ для увеличения надежности используется схема с изолированной нейтралью. Для исключения перенапряжения неповрежденных фаз при коротком замыкании одной фазы на землю в линиях 110-1150 кВ применяется эффективно заземленная нейтраль (ЭЗН). Что это такое и в чем особенность данной схемы, мы расскажем читателям сайта Сам Электрик в пределах этой статьи.

• Определение эффективно заземленной нейтрали
• Требования ПУЭ к сетям
• Достоинства и недостатки
• Заключение

Определение эффективно заземленной нейтрали

ЭЗН применяется в высоковольтных сетях 110 кВ и более. В случае замыкания фазы на землю, представляет собой однофазное КЗ.

Оно сопровождается значительными токами в месте повреждения, в результате чего срабатывает система защиты с отключением напряжения. Дадим определение, что это такое.

Эффективно заземленная нейтраль — это заземленная нейтраль в сетях трехфазного напряжения выше 1000 В, коэффициент замыкания на землю которой ≤ 1,4.

На ниже приведенном рисунке представлена схема ЭЗН:

Это значит, что при однофазном замыкании на землю, напряжение других, не поврежденных фаз, увеличится на величину, не превышающую значения 1,4.

И рассчитывается по нижеприведенной формуле:

Это имеет большое значение для высоковольтных сетей. Т.к. при такой схеме напряжение неповрежденных фаз не значительно превышает номинальное. А это значит, что нет необходимости увеличивать изоляцию сетей и оборудования.

Эксплуатация сетей с ЭЗН будет обходиться значительно дешевле. При этом следует учитывать, что экономия увеличивается по мере возрастания напряжения в линии.

Требования ПУЭ к сетям

Для сетей с эффективно изолированной нейтралью ПУЭ регламентирует максимальное сопротивление заземления, не превышающего 0,5 Ом. При этом учитывается естественное заземление. А сопротивление искусственных заземлителей не должно быть более 1 Ом.

Это справедливо для установок свыше 1000 В, режим токов КЗ на землю у которых равен или превышает значения 500 А. При этом следует учитывать, что ЭИН и глухозаземленная нейтраль имеют аналогичные схемы без существенных отличий. Такая схема показана на рисунке снизу.

Эффективно заземления нейтраль и глухозаземленная схема заземления позволяют предупредить дуговые перенапряжения. Однако, они относятся к системам с большими токами короткого замыкания на землю (больше или равно 500А).

Для уменьшения токов КЗ используют искусственное увеличение нулевой последовательности. Для этого на подстанции заземляется только часть нейтралей трансформаторов, или нейтрали заземляются через резистор.

В результате увеличивается напряжение на неповрежденных проводниках. К наиболее тяжелым авариям относят межфазное короткое замыкание. При этом, напряжение и токи короткого замыкания будут меньше, чем при однофазном КЗ.

Поэтому расчеты выполняются на основании больших значений, т.е. однофазного короткого замыкания.

Как выглядит однофазное КЗ на рисунке снизу:

Эффективно заземленная нейтраль предназначена для высоковольтных сетей 110 кВ и более. Но допускается использовать такую схему и для напряжения менее 1 000 В. Ее применяют там, где отсутствуют и не предвидится монтаж электроустановок, в которых может возникнуть пожар или устройства, которые могут выйти из строя или взорваться.

Другими словами, ЭЗН применяется в сетях с напряжением менее 1000 В, при условии отсутствия взрыво- и пожароопасных приборов.

Эффективно используются в городских электрических сетях. Особенность работы таких линий заключается в том, что при коэффициенте замыкания на землю менее единицы, можно применить кабель, рассчитанный на напряжение 6 кВ в сетях с напряжением 10 кВ.

Это позволяет передавать большую мощность с коэффициентом 1,73. При этом замена кабеля и коммутационной аппаратуры не требуется.

Достоинства и недостатки

Эффективно заземленная нейтраль применяется в сетях 110 кВ и выше. Она обладает рядом преимуществ.

Главным назначением таких схем являются:

• В схемах с ЭЗН происходит стабилизация потенциала нейтрали и исключение вероятности возникновения устойчивых заземляющих дуг и последствий возникающих вследствие КЗ.
• При КЗ на землю и переходных процессах, на изоляцию не воздействуют большие напряжения. Что дает возможность применить изоляцию с меньшим запасом прочности. А это в свою очередь дает значительный экономический эффект от применения менее дорогостоящей изоляции, что снижает эксплуатационные затраты сетей.
• Применение быстродействующей селективной автоматики. Мгновенная работа защиты не позволяет усугубить возникшую неисправность.

Кроме очевидных достоинств, сети имеют и недостатки.

К ним относятся:

• При любом КЗ на землю происходит обесточивание неисправного участка. При этом релейные системы защиты оборудуются средствами автоматического повторного включения. При отключении напряжения средствами автоматики, происходит нарушение бесперебойной подачи напряжения, что негативно сказывается на потребителях. А в некоторых случаях, ответственные потребители, вынуждены устанавливать устройства подачи бесперебойного напряжения.
• В момент короткого замыкания возникает повышенный электромагнитный импульс. Он отрицательно влияет на средства связи. Их приходится дополнительно экранировать.
• Применение сложных быстродействующих средств защиты.
• Выход генератора из синхронизма при значительных токах короткого замыкания. Т.е. в момент КЗ происходит «притормаживание» генератора.
• Значительные токи короткого замыкания могу вызвать повреждение кабеля с повреждением изоляции, механическое разрушение изоляторов на ЛЭП, повреждение железа статора генератора в случае пробоя изоляции на землю и т.п.
• Возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие повышенного и шагового напряжения при коротком замыкании на землю.
• Изготовление заземляющих устройств. Отсутствие дублирующего заземления может оставить оборудование без защиты, если произойдет обрыв нейтрального провода.

Заключение

Принцип работы сетей с эффективно заземленной нейтралью можно кратко описать так. Основная часть замыканий на землю сопровождающаяся большими токами КЗ, самоустраняется после отключения напряжения. После автоматического повторного включения напряжения в ЛЭП, режим работы линии восстанавливается.

Заземление только части трансформаторов позволяет уменьшить токи КЗ. Так, если на подстанции смонтированы два трансформатора, то к заземляющему устройству подключают только один.

Режимы заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ

Способ заземления нейтрали сети является достаточно важной характеристикой. Он определяет:

ток в месте повреждения и перенапряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании;

схему построения релейной защиты от замыканий на землю;

уровень изоляции электрооборудования;

выбор аппаратов для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений (ограничителей перенапряжений);

допустимое сопротивление контура заземления подстанции;

безопасность персонала и электрооборудования при однофазных замыканиях.

4 режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Изолированную нейтраль объявим вне закона

В настоящее время в мировой практике используются следующие способы заземления нейтрали сетей среднего напряжения (термин «среднее напряжение» используется в зарубежных странах для сетей с диапазоном рабочих напряжений 1-69 кВ):

глухозаземленная (непосредственно присоединенная к заземляющему контуру);

заземленная через дугогасящий реактор;

заземленная через резистор (низкоомный или высокоомный).

В России, согласно п.1.2.16 последней редакции ПУЭ, введенных в действие с 1 января 2003 г., «. работа электрических сетей напряжением 3-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор». Таким образом, сейчас в сетях 6-35 кВ в России формально разрешены к применению все принятые в мировой практике способы заземления нейтрали, кроме глухого заземления. Отметим, что, несмотря на это, в России имеется опыт применения глухого заземления нейтрали в некоторых сетях 35 кВ (например, кабельная сеть 35 кВ электроснабжения г. Кронштадта).

Рассмотрим подробнее способы заземления нейтрали и дадим им общую характеристику.

Режим изолированной нейтрали достаточно широко применяется в России. При этом способе заземления нейтральная точка источника (генератора или трансформатора) не присоединена к контуру заземления. В распределительных сетях 6-10 кВ России обмотки питающих трансформаторов, как правило, соединяются в треугольник, поэтому нейтральная точка физически отсутствует.

ПУЭ ограничивает применение режима изолированной нейтрали в зависимости от тока однофазного замыкания на землю сети (емкостного тока). Компенсация тока однофазного замыкания на землю (использование дугогасящих реакторов) должна предусматриваться при емкостных 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 в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ;

более 5 А в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков «генератор–трансформатор».

Вместо компенсации тока замыкания на землю может применяться заземление нейтрали через резистор (резистивное) с соответствующим изменением логики действия релейной защиты. Исторически режим изолированной нейтрали был первым режимом заземления нейтрали, использовавшимся в электроустановках среднего напряжения. Его достоинствами являются:

отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

малый ток в месте повреждения (при малой емкости сети на землю).

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются:

возможность возникновения дуговых перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы–десятки ампер) в месте однофазного замыкания на землю;

возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями;

возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы;

необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение;

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

Режимы нейтрали электрических сетей.

Различают пять типов сетей трёхфазного переменного тока:

1. Трёхпроводная сеть с изолированной от земли нейтралью. В качестве защитного мероприятия применяют заземление корпусов электрооборудования. Буквенное обозначение IT.

I – от французского слова isole, — изолированная

T – от французского слова terre – земля.

Рисунок 1. Система IТ.

2. Трёхпроводная сеть с глухо заземлённой нейтралью с местным защитным заземлением корпусов. Буквенное обозначение ТТ.

1-я Т – заземление нейтрали,

2-я Т –заземление корпусов оборудования.

Рисунок 2. Система ТТ.

3. Четырёхпроводная сеть с глухо заземлённой нейтралью с использованием нейтрали для зануления корпусов электрооборудования. Буквенное обозначение TN-C.

1-я Т – заземление нейтрали,

2-я N – заземление корпусов через нейтральный проводник (N от neutre – нейтральный),

3-я С – что этот проводник является одновременно рабочим и защитным (С от combine – комбинированный, совместный).

Рисунок 3. Система TN-C.

4. Пятипроводная сеть с глухо заземлённой нейтралью и отдельными рабочим и защитным нейтральным (нулевым) проводниками. Буквенное обозначение TN-S.

1-я Т – заземление нейтрали,

2-я N – заземление корпусов через нейтральный проводник (N от neutre – нейтральный),

3-я S – от слова separate – «раздельный».

Рисунок 4. Система TN-S.

5. Частично четырёх, и частично пятипроводная сеть с глухо заземлённой нейтралью – сеть TN – C – S.

Рисунок 5. Система TN-C-S.

Предлагаем вашему вниманию видеоролик о системах заземления. Системы заземления по ПУЭ.

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.

Режимы работы нейтрали трансформатора, разновидности, достоинства и недостатки.

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

1. изолированная;
2. компенсированная;
3. высокоомное резистивное заземление;
4. низкоомное резистивное заземление;
5. эффективное заземление нейтрали.

Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.

1. Изолированная нейтраль
2. Режимы работы нейтрали по уровню напряжения
3. Компенсированная нейтраль
4. Высокоомное резистивное заземление нейтрали
5. Низкоомное заземление нейтрали
6. Эффективно заземленная нейтраль

Изолированная нейтраль

Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.

Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.

Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.

При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.

При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.

Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.

Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.

Компенсированная нейтраль

Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.

Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.

Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.

Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.

Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:

Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.

Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. Есть два случая высокоомного заземления:

1. Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
2. Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты.

Эффективно заземленная нейтраль

Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.

Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.

А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.

Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.

Режимы нейтрали электрических сетей — Сеть с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление

Содержание материала

• Режимы нейтрали электрических сетей
• Напряжения и токи при однофазном замыкании на землю
• Установившееся однофазное замыкание на землю
• Переходные процессы при замыкании на землю
• Перемежающееся дуговое замыкание на землю
• Преимущества и недостатки работы некомпенсированной сети с изолированной нейтралью
• Сеть с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление
• Компенсированная сеть
• Нормальный режим работы компенсированной сети, преимущества
• Сети с эффективным заземлением нейтрали
• Сопротивления трех последовательностей элементов сети
• Феррорезонансные процессы в электрических сетях при замыкании фазы на землю
• Феррорезонансные процессы в сети, возникающие при ее исправном состоянии
• Нагруженный ФНПП при учете потерь в его обмотках и магнитопроводах
• Мероприятия по ограничению феррорезонансных процессов в сети
• Феррорезонансные процессы в сетях, нормально работающих с глухозаземленной нейтралью
• Способы выполнения заземления нейтрали некомпенсированных сетей
• Эффективное заземление нейтрали электрических сетей
• Автоматическое замыкание на землю поврежденной фазы
• Развитие принципов выполнения дугогасящих аппаратов
• Конструкции дугогасящих реакторов
• ДГР с переключением ответвлений обмотки под напряжением
• Преимущества и недостатки ДГР различных типов
• Принципы автоматической настройки компенсации емкостного тока основной частоты
• АНК по фазовым характеристикам сети
• Компенсация активной и гармонических составляющих тока замыкания на землю
• Преимущества и недостатки основных принципов и устройств компенсации тока замыкания на землю
• Ограничение напряжения нейтрали в компенсированной сети
• Влияние режимов нейтрали на технико-экономические показатели электрической сети
• Режим нейтрали и надежность электроснабжения потребителей
• Влияние режимов нейтрали на условия безопасности в электрических сетях
• Влияние режимов нейтрали на выполнение устройств селективной защиты от замыканий на землю
• Выбор режимов нейтрали в сетях
• Список литературы

ГЛАВА III
СЕТЬ С ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ ЧЕРЕЗ ВЫСОКООМНОЕ АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Основные данные

Рассмотрим заземление нейтрали через достаточно большое сопротивление, при котором сеть работает с небольшим током замыкания на землю. Указанное заземление нейтрали выполняется включением между нейтральной точкой какого-либо элемента оборудования сети (обычно силового трансформатора) и землей высокоомного резистора либо дополнительного однофазного трансформатора с резистором во вторичной цепи. Возможно также включение резистора в цепь вторичных обмоток трехфазного трансформатора или группы из трех однофазных трансформаторов, причем их вторичные обмотки соединяются в разомкнутый треугольник. При такой схеме отпадает необходимость в использовании выведенной нейтрали оборудования.
В некоторых случаях в сетях 6—10 кВ с небольшим емкостным током замыкания на землю применяется заземление нейтрали через трехфазный трехобмоточный трансформатор напряжения типа НТМИ с замкнутой накоротко вторичной обмоткой, соединенной в треугольник [93, 97].
Следует отметить, что все перечисленные варианты заземлений с использованием дополнительных трансформаторов эквивалентны непосредственному заземлению нейтрали через высокоомный резистор Ζ= R, чему соответствует схема замещения, представленная на рис. 13, а.

В рассматриваемых сетях с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление, как и в сетях с изолированной нейтралью, возможны броски свободного емкостного тока замыкания на землю. Однако ориентировочно при на фазах сети, согласно экспериментальным данным, не накапливаются статические заряды (они после обрыва дуги стекают в землю через сопротивление). Поэтому дуга может иметь прерывистый, но не перемежающийся характер, и броски тока достигают меньшей кратности, чем при изолированной нейтрали сети.

Напряжения нейтрали и фаз сети относительно земли

Как показано в работе [100], весьма эффективным способом предотвращения тяжелого исхода в случае прикосновения человека к токоведущей части является быстродействующее замыкание на землю соответствующей (будем ее условно называть «поврежденной») фазы на шинах питающей подстанции. Необходимым элементом оборудования для такого замыкания является устройство автоматического выбора поврежденной фазы. Такое устройство должно реагировать на изменение напряжений фаз и нейтрали относительно земли при прикосновении человека к одной из фаз. Например, согласно предложению, данному в работе [119], оно контролирует разность напряжений поврежденной и опережающей ее фаз.
В связи с применением подобных устройств важно определить, как изменяются напряжения фаз, а также нейтрали сети относительно земли. Все эти напряжения зависят от токов и могут рассчитываться по условиям установившегося процесса замыкания на землю.

Для выяснения закономерностей изменения напряжений нейтрали и фаз в зависимости от токов на рис. 15 по выражениям (III.11)—(III.16) построены соответствующие кривые при большом и малом токах равных 2 и 0,1 (штриховые кривые). На этих кривых видно, что с увеличением тока напряжение Uн понижается, а UА сначала уменьшается до некоторого минимума, а затем возрастает. Напряжение Uв при небольшом токе Iтм возрастает, а при большом Iтм, уменьшается.

Напряжение Uс. независимо от Iт.м. при возрастании Iам. снижается. Важно отметить, что во всех случаях напряжение опережающей фазы Uс, превышает напряжения Uв и UА, а напряжение отстающей фазы Uв. при небольших токах Iт и Iaм, мало отличается от напряжения Vа и может оказаться даже меньше, чем напряжение Uа. Очевидно, напряжение U с. равно коэффициенту замыкания на землю (см. предисловие).
По имеющимся данным, при заземлении нейтрали через высокоомное активное или активно-индуктивное сопротивление и дополнительном токе замыкания на землю, не превышающем 0,1Iо переходные процессы замыкания на землю мало отличаются от имеющих место при полностью изолированной нейтрали. При таком заземлении не исключена возможность возникновения в сети перемежающихся заземляющих дуг и перенапряжений, почти таких же, как в сети с изолированной нейтралью При больших значениях I, порядка (0,5—1)Iс, вероятная кратность перенапряжений на неповрежденных фазах снижается до 2,1. Заметим, что еще в 1918 г. В Петерсен дал формулу для выбора сопротивления, ограничивающего перенапряжения, R=(1:2,5) Этому условию соответствует Iа= (0,4:1)Ic.

Преимущества и недостатки заземления нейтрали сети через высокоомное активное сопротивление

При заземлении нейтрали сети через высокоомное активное сопротивлениедостигаются следующие преимущества по сравнению с полностью изолированной нейтралью сети. Практически предотвращается возможность возникновения перемежающихся дуг при однофазном замыкании на землю. Благодаря этому ограничивается повышение напряжений на поврежденной и неповрежденных фазах, возможное при неустойчивом (прерывистом) дуговом замыкании на землю, и, как следствие, снижается вероятность замыканий на землю разноименных фаз в разных точках сети. Уменьшается также кратность бросков свободного емкостного тока, а установившийся ток замыкания на землю практически не возрастает. Кроме того, облегчаются условия автоматического выбора поврежденной фазы, необходимого при использовании для обеспечения электробезопасности устройств АЗФ. Рассматриваемое заземление нейтрали через активное сопротивление эффективно способствует также предотвращению феррорезонансных явлений в сети (см. гл. VI и VII).
Наряду с перечисленными преимуществами следует иметь в виду конструктивные затруднения, с которыми приходится сталкиваться при осуществлении заземления нейтрали через активное сопротивление, в особенности при значительном емкостном токе сети. Отметим, что рассмотренный режим заземления нейтрали при токах замыкания на землю 15 А и выше требует обеспечения резервного электроснабжения ответственных потребителей. Ячейка выключателя каждой линии должна оборудоваться устройством автоматического повторного включения (АПВ) и защитой, действующей на отключение. Поэтому следует считать основной областью применения такого заземления сети с небольшим емкостным током замыкания на землю (ориентировочно до 10 А).
До настоящего времени заземление нейтрали через высокоомное активное сопротивление, несмотря на его бесспорные преимущества, применяется лишь в редких случаях, что, по нашему мнению, неправильно.