3. Особенности внутренних перенапряжений в сетях с эффективно заземленной нейтралью

В сетях с номинальным напряжением 110 кВ применяется эффективно заземленная нейтраль. Такой режим нейтрали характеризуется тем, что при заземленной в целом нейтрали сети, нейтрали некоторых трансформаторов могут быть разземлены для уменьшения величины однофазных токов короткого замыкания.

Объяснение этому заключается в следующем. При большом количестве трансформаторов на подстанции заземление их нейтралей параллельно, вследствие чего сопротивление току однофазного короткого замыкания становится очень малым, а сами токи значительно возрастают и могут превысить по величине токи двух- и трехфазных коротких замыканий. Это приведет к неверному срабатыванию релейной защиты, что, в свою очередь, может создать аварийную ситуацию в сети.

Разные виды внутренних перенапряжений отличаются друг от друга своей кратностью, формой, частотой повторяемости и длительностью воздействия на изоляцию. Вероятность возникновения того или иного вида перенапряжений зависит от состава сети, и по данным отечественных и зарубежных исследований, в сетях собственных нужд (СН) мощных электростанций и крупных промышленных предприятий, чаще всего возникновение перенапряжений связано с неполнофазными режимами.

Однофазное замыкание на землю одной из фаз в сети с заземленной нейтралью является коротким замыканием (КЗ). Напряжение на здоровых фазах увеличивается в 1,2 – 1,4 раза, смещение нейтрали происходит оттого, что существует падение напряжение в месте короткого замыкания.

U_3д = 1,4U_ф

Рис.1.11. Векторная диаграмма напряжений в сети с заземленной нейтралью

В этом случае должно быть очень быстрое отключение КЗ средствами релейной защиты (при быстродействующей защите это доли секунды), а надежность электроснабжения обеспечивается с помощью автоматики повторного включения (АПВ).

В случае заземленной нейтрали уменьшаются вынужденные составляющие напряжения промышленной частоты в случае однофазных или двухфазных КЗ на землю. Это дает возможность обеспечить более глубокое ограничение коммутационных и грозовых перенапряжений, а значит снизить испытательные напряжения и стоимость изоляции электрооборудования высокого напряжения.

В сетях с эффективно заземленной нейтралью возможны случаи возникновения феррорезонансных перенапряжений.

Бороться с резонансными перенапряжениями очень сложно, так как из-за их длительного воздействия выделяется большое количество энергии и не один защитный аппарат (в том числе ограничитель перенапряжений) не выдерживает этого.

Однофазные кз в сетях с заземленной нейтралью.

При коротких замыканиях вблизи мощных подстанций токи КЗ достигают десятков килоампер. Это приводит к повышению требований к отключающей способности выключателей, к динамической и термической устойчивости всего высоковольтного оборудования, заземляющих устройств, к устройствам защиты линий связи от опасного влияния ЛЭП на них. Для повышения надежности и бесперебойности работы сетей 110 кВ и выше необходимо обеспечить их надежную защиту от перенапряжений, быстрое отключение КЗ и четкую работу АПВ линий электропередачи.

Крайне важно по возможности ограничить токи однофазного КЗ на землю и во всяком случае выполнить неравенство . Ля этого приходится в ряде случаев искусственно увеличивать сопротивление нулевой последовательности (Z ) за счет разземления на каждой подстанции части нейтралей трансформаторов или заземления части нейтралей через сопротивление.

Токи в месте короткого замыкания определяются следующим образом:

при трехфазном КЗ

;

при двухфазном КЗ

;

при однофазном КЗ на землю

;

при двухфазном КЗ на землю

,

где - эквивалентная ЭДС прямой последовательности, - сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности сети относительно точки КЗ.

Вопросы для самоконтроля.

1. Какие способы заземления нейтрали используются в электрических сетях?

2. В каких сетях применяется изолированная нейтраль?

3. Для чего применяется дугогасящий реактор (ДГР)? Почему он называется дугогасящим?

4. В каких целях используют резистивное заземление нейтрали? В каких случаях используют высокоомное, а в каких низкоомное заземление нейтрали?

5. Как режим нейтрали влияет на уровень перенапряжений в электрической сети?

6. Какими факторами определяется выбор режима нейтрали в электрической сети?

7. С какой целю в сети с эффективно заземленной нейтралью на каждой подстанции части нейтралей трансформаторов разземляют? Как это влияет на воздействие перенапряжений на изоляцию обмоток трансформатора вблизи нейтрали?

8. Почему заземление нейтрали позволяет снизить уровни изоляции в сети по сравнению с тем, как если бы сеть работала с изолированной нейтралью?

9. Что является источником внутренних перенапряжений в сети с заземленной нейтралью?

Задание на самостоятельную работу.

1. Построить векторные диаграммы напряжений для трехфазной сети с изолированной нейтралью в симметричном режиме и в режиме ОЗЗ.

2. Построить векторные диаграммы напряжений для трехфазной сети с заземленной нейтралью в симметричном режиме и в режиме однофазного короткого замыкания.

3. На построенных диаграммах показать векторы напряжений на здоровых фазах в несимметричных режимах.

4. Доказать, что при изолированной нейтрали в сети необходимо иметь более высокий уровень изоляции для ее надежной координации с уровнями возможных перенапряжений.

5. На примере тупиковой двухтрансформаторной подстанции 110/10 кВ с двумя подходящими линиями покажите, какие возможны коммутационные перенапряжения?

6. Объясните, для чего в разземленную нейтраль трансформатора включают защитный аппарат (ОПН).

7. Постройте векторные диаграммы напряжений в трехфазной сети с заземленной нейтралью при однофазном, двухфазнои и трехфазном коротких замыканиях.