22. Режимы нейтралей электрической сети

Нейтралью, называют общую точку соединения обмоток трансформаторов или двигателей при соединении в звезду.

N

В ПУЭ дано определение для двух видов нейтралей:

1. (пункт 1.7.5). Глухозаземленная нейтраль – нейтраль, непосредственно присоединенная к глухозаземленному устройству.

N

N

ЗЗХ

2. (пункт 1.7.6). Изолированная нейтраль – нейтраль, не присоединенная к заземляеющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (в приборах сигнализации, защиты и т. д.).

Таким образом. нейтраль может быть либо соединена с землей через какие-либо элементы (резистор, конденсатор и т. д.), либо изолирована.

Заземление нейтрали может быть либо рабочим, либо защитным.

Если заземление нейтрали выполнено с целью электробезопасности персонала, то она называется защитной. (ПУЭ пункт 1.7.29).

Если заземление нейтрали выполнено с целью придания определенных свойств электрической сети, то оно называется рабочим. ( ПУЭ пункт 1.7.30).

Защитное заземление применяется в сетях напряжением ниже 1000 В, рабочее - в сетях напряжением выше 1000 В.

классификация сетей по способу заземления нейтралей (пункт 1.2.16):

1. Работа сетей напряжением 2-35 кВ может предусматриваться:

а) с изолированной нейтралью;

б) с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор;

в) с нейтралью, заземленной через резистор (через активное сопротивление).

2) Работа электрических сетей напряжением 110 кВ может пре­дусматриваться как с глухозаземленной, так и с эффективно зазем­ленной нейтралью.

3) Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны ра­ботать только с глухозаземленной нейтралью.

Таким образом, при напряжении 6 кВ и выше ПУЭ выделяет пять видов сетей по способу рабочего заземления нейтрали:

1. сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью;

2. сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор;

3. сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление;

4. сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью;

5. сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Максимально допустимые значения токов замыкания на землю:

• в сетях с деревянными опорами и в кабельных сетях

U, кВ	6	10	35
Iуст, А	30	20	10

- если воздушные сети на железобетонных или металлических опорах, то I_уст=10 А при всех напряжениях.

Режим заземления нейтрали влияет на:

• стоимость электрической сети;

• надежность работы и аварийность электрооборудования;

• безопасность человека и животных, находящихся вблизи линии;

• принципы выполнения релейной защиты;

• принципы и методы определения мест повреждения.

0. Свойства сетей с глухо заземленной нейтралью и с эффективно заземленной нейтралью

Определение из ПУЭ п.1.7.4: Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью – это сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (k_з ≤ 1,4).

Коэффициент замыкания – это отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей при ЗНЗ к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания(ПУЭ п.1.2.4):

Рассмотрим свойства сетей при глухом заземлении всех или части нейтралей.

В нормальном режиме сеть симметрична: _,

Свойства сетей изменяются при замыкании на землю. Так как нейтраль заземлена наглухо, получаем замкнутый контур.

1. При однофазном коротком замыкании образуется замкнутый контур через землю. Такие режимы рассчитывают методом ниссеметричных составляющих, так как симметрия нарушена.

где I_1K – ток прямой последовательности; I_2K – ток обратной последовательности; I_0K – ток нулевой последовательности.

Каждое сопротивление Z содержит активную и индуктивную составляющие:

X₁ и R₁ (прямая последовательность в симметричном режиме, при чередовании фаз АВС), и R₂ X₂ (обратная последовательность в симметричном режиме, при обратном чередовании фаз), X₀ и R₀ (нулевая последовательность, сопротивление контура фаза-земля).

На практике применяют следующее соотношение:

Х₀=3,5X₁ (для одно-цепной ВЛ без троса); Х₀=5,5X₁ (для двуцепной ВЛ без троса)

2. - при трехфазном коротком замыкании.

Если Z_1Σ = Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания равен току трехфазного короткого замыкания,

Если Z_1Σ > Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания меньше тока трехфазного короткого замыкания,

Преимущество: если ток короткого замыкания большой, то можно легко определить и предотвратить место аварии.

Недостаток: если ток короткого замыкания большой, то усложняется работа оборудования.

Если Z_1Σ < Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания больше тока трехфазного короткого замыкания, Следовательно, все токи короткого замыкания нужно пересчитывать. Для того чтобы ток однофазного короткого замыкания не превышал тока трехфазного короткого замыкания, у части трансформаторов нейтрали разземляют.

Сети, в которых часть нейтрали изолированы от земли, а часть заземлены, называют сети с эффективно заземленной нейтралью (это допускается в сетях 110 кВ).

3. Напряжение на неповрежденных фазах при замыканиях на землю повышается не более чем на:

Это означает, что сеть можно проектировать только на номинальное напряжение, с запасом 1,5U_Ф.НОМ.

0. 24. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.

Это сети напряжением 6-35 кВ (6,10,20,35 кВ), в которых токи замыкания на землю не превышают нормативного значения, оговоренного в ПУЭ.

Не в одной из точек нет связи с землей.

Сети напряжением 6-35 кВ (6,10,20,35 кВ) – это основные сети, поэтому важна бесперебойность питания.

В нормальном режиме по линии протекают токи нагрузки. Токи нагрузки обусловлены характером величины нагрузки.

В нормальном режиме режим заземления не проявляется. Режим заземления проявляется только при авариях.

Изобразим трехфазную схему сети для рассмотрения влияния нейтрали.

Если нагрузку отключить по фазной линии будет протекать небольшой ток, обусловленный наличием емкости между фазой и землей. Это зарядный ток линии.

Емкость распределена по всей линии вдоль.

Представим распределенные емкости каждой из фаз в виде сосредоточенной.

Значения этих емкостей указаны в справочниках. Чем длиннее линия, тем емкость больше.

- емкостной ток.

При подключении нагрузки, по линии протекают два тока – ток нагрузки (I_H) и зарядный ток (I_З).

В нормальном режиме емкостной ток I_с не влияет и при расчетах не учитывается.

Предположим, что пробило изоляцию в фазе А. Пусть С_А=С_В=С_С=С.

Преимущества:

1. При замыкании на землю, в сети не образуются замкнутые контуры. Следовательно, не возникают токи замыкания. При пробое изоляции эти токи не называют токами короткого замыкания, их называют токами замыкания на землю.

Однако ток в месте поврежденной изоляции протекает, это зарядный ток I_З, обусловленный емкостями.

Ток в первом контуре:

Ток во втором контуре:

Оценим величину этого тока:

Для определения суммы напряжений в комплексной форме, нарисуем векторную диаграмму напряжений. Примем для упрощения, что сеть и питающее напряжение симметричны.

U_вз – напряжение фазы В по отношению к земле.

U_cз – напряжение фазы C по отношению к земле.

Так как фаза А замкнулась с землей, потенциал земли равен потенциалу фазы А, то есть земля приобрела потенциал фазы А. Ток замыкания всего лишь в три раза превышает зарядный ток линии. Увеличение тока в три раза не изменяет существенно потерь напряжения в линии и не изменяет линейное напряжение потребителя.

2. Ток замыкания на землю не изменяет линейное напряжение и режим работы потребителя.

3. Замыкание на землю не нарушает бесперебойность энергоснабжения потребителей. Следовательно, сети напряжением 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью.