6. Режимы нейтрали сети

Нейтраль сети – совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников. Она может быть изолирована от земли, соединена с землей через активные и индуктивные сопротивления (резонансно – заземленная нейтраль) и глухо заземлена.

Выбор способа заземления нейтрали определяется безопасностью обслуживания сети, надежностью электроснабжения ЭП и экономностью.

[1,с.376-380; 2,с.32-36; 4,с.217-222]

1.6.1 Эу с напряжением до 1 кВ

В ЭУ напряжением до 1 кВ применяют четырехпроводные и трехпроводные сети как с глухозаземленной так и с изолированной нейтралью.

В большинстве случаев в ЭУ до 1 кВ применяют схему трехфазной четырехпроводной (три фазы и нулевой провод) сети с глухозаземленной нейтралью (N), у которой вторичные обмотки питающих трансформаторов соединены в звезду и нейтральные точки электрически соединены с землей (рис.1.2).

При глухом заземлении нейтрали всякое замыкание одной фазы на землю является однофазным коротким замыканием (КЗ). При этом протекают большие токи КЗ, что должно привести к срабатыванию быстродействующей защиты, отключающей поврежденный участок, и однофазное замыкание не переходит в междуфазное.

Достоинством этой системы является то, что на неповрежденных фазах напряжение относительно земли не повышается и изоляция фазных проводников, аппаратов, трансформаторов может быть рассчитана только на фазное, а не междуфазное (линейное) напряжение, что снижает стоимость оборудования и сети.

Сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью – малоразветвленные сети (трехфазные сети напряжением 380, 660 В). ЭУ с изолированной нейтралью применяют при повышенных требованиях в отношении безопасности (угольные шахты, карьеры и др.) и при условии надежного контроля изоляции сети для быстрого обнаружения и ликвидации замыкания на землю.

В трехлинейной схеме замещения трехфазной сети с изолированной нейтралью все источники питания заменены одним эквивалентным, соединенным в звезду источником, все линии – одной эквивалентной линией, все ЭП – одним эквивалентным ЭП (рис. 1.3). Можно считать, что схема симметрична.

Из параметров эквивалентной линии имеют значение только емкости фаз относительно земли, равные между собой (C_A=C_B=C_C).

При отключенной нагрузке сеть питается зарядным током сети, имеющим емкостный характер

,

где - расчетная емкостная проводимость однофазной сети;

b₀ и l – удельная емкостная проводимость и длина i-й линии ; n – число линий в сети. При отсутствии данных о b₀ и l каждой линии зарядный ток определяется по формул

где U – номинальное напряжение сети, кВ; с_к и с_в – средние коэффициенты емкостной проводимости кабельных и воздушных линий, А/(км. кВ); l_k и l_в – суммарные длины кабельных и воздушных линий,км.

При напряжениях до 10 кВ

По сравнению с током нагрузки I_з очень мал и в нормальных режимах работы влияния на работу сети практически не оказывает.

Векторная диаграмма напряжений относительно земли и зарядных токов сети имеет вид, показанный на рис. 1.4.

При замыкании одной фазы на землю (рис. 1.5 и 1.6) напряжение этой фазы относительно земли становится равным нулю (U’_C0=0), напряжения остальных фаз относительно земли (U’_A0 и U’_B0) – междуфазному напряжению (линейному). Зарядные токи этих двух фаз (I’_ЗА и I’_ЗВ) увеличиваются в раз. Сумма этих токов и тока замыкания на землю (I_ЗЗ) должны равняться нулю. Учитывая сдвиг фаз между зарядными токами двух фаз:

,

где I_З и I’_З – зарядные токи одной фазы в нормальном режиме и при замыкании на землю в другой фазе.

Ток I_ЗЗ по сравнению с током нагрузки сети относительно мал и может вызвать заметную перегрузку только при малых сечениях проводников поврежденной линии. Замыкание на землю практически не влияет на междуфазные напряжения и режимы работы ЭП. Поэтому замыкание на землю считается не аварийным, а анормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия не отключаются и могут работать до отыскания повреждения согласно ПУЭ не более 2 часов. Так как из всех видов повреждений однофазные замыкания на землю составляют 75 – 85 %, то сети с изолированной нейтралью являются более надежными по сравнению с сетями с глухозаземленной нейтралью.

Другим преимуществом этого вида сетей является отсутствие устройств заземления нейтрали, что снижает стоимость сети.

Недостатки сети с изолированной нейтралью:

• повышение напряжения двух фаз относительно земли во время замыкания на землю третьей приводит к тому, что изоляцию всех фаз необходимо предусмотреть не на фазное, а на междуфазное напряжение. При напряжениях до 35 кВ это вызывает существенное удорожение сети;

• возможность образования в месте замыкания на землю перемежающейся электрической дуги обуславливает возникновение коммутационных перенапряжений (4 – 6 U_ном), что может нарушить работу ЭП и привести к пробою изоляции других фаз;

• тепловое воздействие дуги в месте замыкания на изоляцию других фаз может привести к многофазным КЗ (в кабельных линиях фазные проводники близко расположены друг к другу).