Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Режимы нейтрали источников и приемников электрической энергии

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по курсу «Электроэнергетика»

для студентов специальностей 290300, 120100, 170900

всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2008

Цель работы: на лабораторной установке изучить режимы нейтрали электроустановок напряжением выше 1000 В, способа заземления нейтрали.

Основные понятия

Выбор режима работы нейтрали определяется надежностью и экономичностью работы электроустановок, безопасностью их обслуживания и зависит от работы сети при наиболее частых авариях – однофазных замыканиях на землю.

ПУЭ (1) определяют три режима нейтрали:

Глухо заземленная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству.

Изолированная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству, (допускается присоединение через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других, аналогичных им устройств.)

Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтрально – трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети – отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Заземление нейтрали осуществляется через дугогасящий реактор или резистор.

В случае глухо заземленной нейтрали ток замыкания получается наибольшим, поэтому такие системы называются системами с большими токами замыкания на землю.

Быстродействующие защиты сокращают время однофазного короткого замыкания и оно не переходит в междуфазное замыкание. На неповрежденных фазах напряжения относительно земли не повышается и изоляция может быть рассчитана на фазное напряжение. Вместе с тем при частых однофазных коротких замыканиях возникают тяжелые условия работы отключающих аппаратов, нарушается электроснабжение потребителей в результате однофазное к.з. Значительное электромагнитное влияние на линии ////////////

В случае изолированной нейтрали ток однофазного замыкания на землю невелик, (так как определяется только емкостной, проводимостью при несовершенной изоляции также активной проводимостью относительно земли.)

В системе с изолированной нейтралью (рис.1) ток поврежденной фазы может замыкаться только через емкостные проводимости неповрежденных фаз относительно земли.

Рис.1.

Например, при замыкании фазы А, ток замыкания I3 может замыкаться через емкости линии Св , Сс . Напряжения прямой последовательности V1А ,V1В , V1С равны фазным напряжениям системы. Напряжения нулевой последовательности VОА , VОВ , VОС одинаковы для всех трех фаз и равны фазному напряжению поврежденной фазы обратным знаком.

При сложении соответствующих векторов (рис.2) видно, что напряжения неповрежденных фаз по отношению к земле ломв возрастают оимл раз и достигают значений линейного напряжения. Эти напряжения прикладываются к емкостям неповрежденных фаз относительно земли (Св , Сс ). Величина тока замыкания на землю емкостей фаз зависит от конструкции сети и ее напряженности.

Рвао

Поскольку емкостное сопротивление линии относительно земли велико, то при замыкании одной фазы на землю ток замыкания получается небольшим. В сетях

Вместе с тем, при однофазных замыканиях напряжение на неповрежденных фазах относительно земли увеличиваются в лос раз, а неустойчивое горение дуги может вызвать опасные перенапряжения, то необходимо усиливать изоляцию, что увеличивает капитальные затраты при сооружении линий.

Если ток замыкания на землю значительный, то осуществляется компенсация емкостного тока на землю с помощью другогасящих реакторов, включаемых между нейтралью генератора или трансформатора и заземляющим устройством (рис.3).

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

а) в сетях 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, во всех сетях напряжением 35 кВ – более 10 А.

б) в сетях не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи:

более 30 А при напряжении 3-6 кВ

более 20 А при напряжении 10 кВ

более 15 А при напряжении15-20 кВ

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

г) при токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее 2 заземляющих реакторов.

Рис.3. Трехфазная цепь с компенсированной нейтралью

В нормальном режиме токоограничивающий реактор не влияет на режим работы сети, так как система симметрична и ток через реактор Iр=0. Если в какой либо точке сети происходит однофазное короткое замыкание, то в поврежденной фазе I3 протекают два тока: один ток -емкостной ток Iс равный геометрической сумме токов Iсс, Iсв неповрежденных фаз относительно земли. Если пренебречь Iр, Iс рпоь противоположны по фазе.

При соответствующей индуктивности реактора Р ток замыкания близок к нулю.

На практике добиться точной компенсации не удается в связи с тем, что дугогасящая катушка имеет активное сопротивление и компенсирующий ток IР

помимо индуктивной составляющей Iитрпар, содержит активную составляющую IR .

Кроме того, подключение или отключение отдельных линий, которые в процессе эксплуатации носят случайный характер, изменяют величину емкости сети, а следовательно и емкостной ток.

Помимо отсутствия дуги такие системы не оказывают электромагнитных влияний на линии связи.

Дугогасящие реакторы должны иметь резонансную настройку. Допускается настройка с пере компенсацией при которой реактивная составляющая тока замыкания на землю должна быть не более 5 А.

В сетях напряжением 6 -10 кВ как правило, должны применяться плавно регулируемые дугогасящие реакторы с автоматической настройкой тока компенсации.

При применении дугогасящих реакторов с ручным регулированием тока показатели настройки должны определяться по измерителю расстройки компенсации.

В сетях и на присоединениях напряжением 6 -35 кВ в случае необходимости должны быть приняты меры к предотвращению феррорезонансных процессов, в том числе самопроизвольных смещений нейтрали.

Таким образом, выбор режима нейтрали обуславливается свойствами ЛЭП

• в сетях 6 -35 кВ применяется изолированная нейтраль. Если величина однофазного тока замыкания превышает допустимые значения, то производится компенсация емкостного тока, то есть нейтраль трансформатора или генератора заземляется через дугогасящую катушку или активное сопротивление

• в системах 110 кВ применяется глухое соединение нейтрали с землей, если требуется ограничение токов однофазного короткого замыкания может предусматриваться работа с эффективно заземленной нейтрали.

• Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухо заземленной нейтралью.

• В четырех проводных сетях 380/220 В применяются системы с глухозаземленной нейтралью, в сетях 660/380 В допускается работа с изолированной нейтралью.