2. 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⁾

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.