2.2. Електричні мережі напругою вище 1000 в

Електроустановки напругою вище 1000 В, згідно з ПУЕ, поділяються на:

– електроустановки з малими струмами замикання на землю (I_з 500 А), до яких відносяться мережі, що працюють з ізольованою чи компенсованою нейтраллю;

– електроустановки з великими струмами замикання на землю (I_з > 500 А), що працюють із глухозаземленою нейтраллю.

Струм однофазного замикання в мережах з ізольованою нейтраллю визначається частковими ємностями фаз мережі стосовно землі і залежить від напруги, конструкції і довжини мережі. В мережах з компенсованою нейтраллю струм замикання на землю обмежується до мінімально можливих значень відповідним настроюванням котушки, що гасить дугу.

У мережах з глухозаземленою нейтраллю при замиканні на землю чи на заземлені частини електроустановок протікають дуже великі струми короткого замикання, і тому повинне бути забезпечене автоматичне відключення пошкодженої ділянки мережі з найменшим часом відключення. Навпаки, мережі з ізольованою чи компенсованою нейтраллю мають важливу перевагу – вони не вимагають негайного відключення пошкодженої ділянки мережі при однофазних замиканнях на землю, що найбільш часто зустрічаються на практиці, і можуть працювати із заземленою фазою протягом декількох годин, поки споживач не буде переведений на резервне живлення чи підготовлений до припинення подачі електричної енергії.

Мережі напругою до 35 кВ включно, як правило, працюють з ізольованою чи компенсованою нейтраллю, а мережі напругою 110 кВ і більш високої напруги – з глухозаземленою нейтраллю.

Розглянемо особливості роботи мереж при різних способах заземлення нейтралі.

Мережі з ізольованою нейтраллю. При замиканні на землю однієї фази, наприклад фази С (рис. 7, а), напруга цієї фази стосовно землі буде дорівнювати нулю, а напруга двох інших фаз збільшиться у раз, і кут зрушення між векторами цих напруг буде 60° (рис. 3.7,б). Ємнісний струм пошкодженої фази (U_фс=0) буде дорівнювати нулю, а ємнісні струми кожної непошкодженої фази збільшаться пропорційно збільшенню напруги на ємності і відповідно дорівнюватимуть I_СА й I_СВ .

Рис.7

Сумарний струм через ємності непошкоджених фаз 3Iс, що дорівнює геометричній сумі струмів цих фаз, буде проходити через місце замикання фази С на землю, замикаючись через джерело живлення мережі.

При неметалічному замиканні на землю (U_фС 0) в місці замикання виникає перемежована дуга, що супроводжується повторними гасіннями і запалюваннями. Між ємністю й індуктивністю мережі в цьому випадку з'являються вільні електричні коливання високої частоти, внаслідок чого в мережі виникають перенапруги. Тривалий вплив перенапруг на ізоляцію (наприклад, кабельних ліній) може привести до іонізації і теплового пробою її в будь-якій точці мережі. Крім того, наявність значного струму в дузі розвинутих кабельних мереж приводить до переходу однофазних замикань у дво- і трифазні короткі замикання і до відключення споживачів.

Питомий ємнісний струм замикання на землю залежить від напруги і конструкції мережі. Практичні значення ємнісного струму замикання на землю(А/км) вказані в табл. 1.

Таблиця1

Вид лінії	Напруга мережі, кВ
	6	10	35
повітряна кабельна перерізом: 50–95 мм2 120–240 мм2	0,015 0,6–0,8 0,9–1,3	0,025 0,8–1,0 1,1–1,6	0,1 3,7–4,1 4,4–5,2

Мережі з компенсованою нейтраллю. Граничні значення ємнісного струму замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю, при яких ще забезпечується самозагасання дуги в місці замикання чи величини якого не є небезпечними за напругою дотику до опор при тривалому протіканні струму, встановлені дослідженнями і досвідом експлуатації. У табл. 2 наведені значення ємнісних струмів (А), при перевищенні яких повинна застосовуватися компенсація.

Таблиця 2

Характеристика мереж	Напруга мережі, кВ
	6	10	35
повітряні, що мають залізобетонні чи металеві опори кабельні та повітряні, що не мають залізобетонних чи металевих опор	10 30	10 20	10 10

З порівняння даних табл. 3.1 і 3.2 видно, що практично майже всі кабельні мережі напругою 6–35 кВ і повітряні мережі 35 кВ із сумарною довжиною ліній понад 100 км повинні працювати з компенсованою нейтраллю. Компенсація здійснюється включенням у нейтраль трифазної мережі індуктивного опору, що налаштовується, –котушки, яка гасить дугу (реактор) з регульованим повітряним зазором магнітопроводу чи зі східчастим регулюванням числа витків її обмотки. Компенсуючі пристрої, як правило, варто встановлювати в центрах живлення мережі що компенсується.

Н а рис. 8, а зображена схема най-простішої компенсова-ної мережі з ємнісним опором на фазу. Нейтраль первинної обмотки одного з мережних трансформа-торів зі схемою з'єднан-ня обмоток зірка – три-кутник заземлюється через регульований ін-дуктивний опір – котуш-ку, що гасить дугу.

Рис.8

При замиканні на землю однієї фази в такій мережі напруга двох непошкоджених фаз стосовно землі, як і в мережі з ізольованою нейтраллю, збільшується у раз, а напруга нейтралі буде дорівнювати фазній напрузі. Під дією цієї напруги через котушку піде струм. Опір котушки підбирають таким чином, щоб індуктивний струм I_l, що проходить через котушку, був за величиною рівним сумарному ємнісному струму 3I_с, що проходить через фазові ємності мережі. В цьому випадку струм у місці замикання фази на землю, що являє собою геометричну суму цих двох струмів, дорівнює нулю (рис. 3.12, б), і, отже, дуга, що виникла, згасне. Таке настроювання котушки з повною компенсацією ємнісного струму називають резонансним.

При неможливості резонансного настроювання переважно мати невелику перекомпенсацію (I_l>3I_с). Недокомпенсація ємнісного струму в аварійних випадках (при асиметрії ємностей фаз) може привести до появи перенапруг більш високих, ніж у некомпенсованій мережі.

Мережі з глухозаземленою нейтраллю. У мережах 110–220 кВ однофазні замикання на землю становлять понад 75–85% всіх пошкоджень, а в мережах більш високої напруги пошкодження міжфазової ізоляції взагалі дуже рідкі.

При коротких замиканнях на землю в місці пошкодження виникає електрична дуга з великим струмом, що гаситься відключенням лінії електропередачі з наступним її автоматичним повторним включенням (АПВ). У перехідному режимі (тобто безпосередньо після замикання на землю) і при комутаціях у мережі виникають внутрішні перенапруги, які впливають на вибір ізоляції і тому вживаються можливі заходи для їхнього зниження.

Щоб підвищення напруги стосовно землі на непошкоджених фазах при однофазних замиканнях на землю у сталому режимі не перевищувало 0,8 від лінійної напруги, величина струму однофазного короткого замикання в будь-якій точці мережі повинна бути не меншою за 60% струму трифазного короткого замикання в тій же точці. Такий струм замикання на землю забезпечується заземленням необхідної кількості нейтралей трансформаторів і автотрансформаторів електричної мережі даної напруги; а мережа, що працює за таких умов, називається мережею з ефективним заземленням нейтралі. Чим більше число заземлених нейтралей, тим менша величина внутрішніх перенапруг. Тому в мережах напругою 330 кВ і вище застосовують глухе заземлення всіх трансформаторів і автотрансформаторів, а в електропередачах 500–750 кВ, крім того, в ряді випадків удаються до додаткового обмеження внутрішніх перенапруг технічними засобами.

Заземлення всіх чи дуже великої кількості нейтралей трансформаторів приводить до значного збільшення струму однофазного короткого замикання, чого варто уникати в тих випадках, коли це можливо, як, наприклад, у мережах напругою 110 кВ. У першу чергу заземлюють нейтралі усіх чи частини трансформаторів на електростанціях і вузлових підстанціях, а потім уже нейтралі трансформаторів в інших точках мережі, переважне значення з яких мають тупикові підстанції.

Зменшити струм однофазного короткого замикання в мережах 220 кВ можна тільки залишивши незаземленими нейтралі частин підвищувальних трансформаторів, що допускають такий режим роботи.

З урахуванням вищенаведеної класифікації на рис. 9 зображена зразкова схема електричної мережі енергосистеми. Мережу живлять два джерела: ДРЕС і районна ПС 330/110 кВ, що має міжсистемний зв'язок через ЛЕП напругою 330 кВ з іншою системою.

Від ДРЕС електроенергія передається через підвищувальну ПС і ЛЕП напругою 110 кВ, що є лінією внутрішньосистемного зв'язку, в кільцеву мережу напругою 110 кВ, що являє собою основну мережу системи, що розподіляє енергію між знижувальними ПС 110/10 і 110/35 кВ. Кільцева мережа напругою 110 кВ, міжсистемний зв'язок напругою 330 кВ і внутрішньосистемна магістраль напругою 110 кВ становлять районну мережу.

ПС 110/35 кВ живлять місцеву мережу. Через живильну ЛЕП напругою 35 кВ, ПС 35/10 кВ і живильну ЛЕП напругою 10 кВ енергія передається на РП, де розподіляється по ЛЕП напругою 10 кВ між ТП 10/0,4 кВ, утворюючи розподільну мережу СН. Від ТП живляться розподільні мережі НН (0,38 кВ).

Умовний розподіл між районною і місцевою мережами позначений на рисунку штриховою лінією.

ВИСНОВКИ.

1. За місцем розташування і характером споживачів розрізняють мережі міські, промислові, сільські, електрифікованих залізниць, магістральних нафто- і газопроводів, електричних систем.

За розташуванням мережі поділяються на зовнішні і внутрішні. Зовнішні мережі виконують голими (неізольованими) проводами і кабелями (підземними, підводними), внутрішні – кабелями, ізольованими і голими проводами, шинами.

2. За режимом роботи нейтралі трансформаторів трифазних електричних установок, до обмоток яких підключені ЛЕП, розрізняють мережі із глухозаземленою, ізольованою і компенсованою нейтраллю.

Відповідно до ПУЕ електроустановки напругою до 1000 В допускаються як із глухозаземленою, так і з ізольованою нейтраллю.

Електроустановки напругою вище 1000 В, згідно з ПУЕ, поділяються на:

– електроустановки з малими струмами замикання на землю (I_з 500 А), що працюють з ізольованою чи компенсованою нейтраллю;

– електроустановки з великими струмами замикання на землю (I_з > 500 А), що працюють із глухозаземленою нейтраллю.