Режимы работы нейтралей трансформаторов системы электроснабжения

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

• требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,

• допустимыми токами замыкания на землю,

• перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле, определяющих уровень изоляции электротехнических устройств,

• необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,

• возможностью применения простейших схем электрических сетей.

При однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали .

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Нейтраль сети — это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.

Используются следующие режимы нейтрали:

эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.

Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой , а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью .

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью .

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью .

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью .

Электрическая сеть, напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (коэффициент замыкания на землю – отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания ) называется сеть с эффективнозаземлённой нейтралью .

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),

• электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,

• электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Напряжение, кВ	Режим нейтрали	Примечание
0,23	Глухозаземленная нейтраль	Требования техники безопасности. Заземляются все корпуса электрооборудования
0,4
0,69	Изолированная нейтраль	Для повышения надежности электроснабжения
3,3
6
10
20
35
110	Эффективно заземленная нейтраль	Для снижения напряжения незамкнутых фаз относительно земли при замыкании одной фазы на землю и снижения расчетного напряжения изоляции
220
330
500
750
1150

Системы с глухозаземленной нейтралью — это системы с большим током короткого замыкания на землю. При коротком замыкании место замыкания отключается автоматически. В системах 0,23 кВ и 0,4 кВ это отключение диктуется требованиями техники безопасности. Одновременно заземляются все корпуса оборудования.

Системы 110 и 220 кВ и выше выполняются с эффективно заземленной нейтралью . При коротком замыкании место замыкания также отключается автоматически. Здесь заземление нейтрали приводит к снижению расчетного напряжения изоляции. Оно равно фазному напряжению неповрежденных фаз относительно земли. Для ограничения величины токов короткого замыкания на землю заземляются не все нейтрали трансформаторов (эффективное заземление).

Режимы нейтрали трехфазных систем: а — заземленная нейтраль, б — изолированная нейтраль

Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Система с изолированной нейтралью применяется для повышения надежности электроснабжения. Характеризуется тем, что при замыкании одной фазы на землю возрастает напряжение фазных проводов относительно земли до линейного напряжения, и симметрия напряжений нарушается. Между линией и нейтралью протекает емкостной ток. Если он меньше 5А, то допускается продолжение работы до 2 ч для турбогенераторов мощностью до 150 МВт и для гидрогенераторов — до 50 МВт. Если установлено, что замыкание произошло не в обмотке генератора, а в сети, то допускается работа в течение 6 ч.

Сети от 1 до 10 кВ — это сети генераторного напряжения электрических станций и местные распределительные сети. При замыкании на землю одной фазы в такой системе напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает до величины линейного напряжения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на это напряжение.

Основное преимущество режима изолированной нейтрали — способность подавать энергию электроприемникам и потребителям при однофазном замыкании на землю.

Недостатком этого режима являются трудности о обнаружении места замыкания на землю.

Повышенная надежность режима (т.е. возможность нормальной работы при однофазных замыканиях на землю, которые составляют значительную часть повреждений электрооборудования) изолированной нейтрали обуславливает обязательное его применение при напряжении выше 1 кВ до 35 кВ включительно, поскольку эти сети питают большие группы электроприемников и потребителей.

С напряжения 110 кВ и выше применение режима изолированной нейтрали становится экономически невыгодным, так как повышение напряжения относительно земли с фазного до линейного требует существенного усиления фазной изоляции. Применение режима изолированной нейтрали до 1 кВ допускается и оправданно при повышенных требованиях к электробезопасности.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Объявления

Если вы интересуетесь релейной защитой и реле, то подписывайтесь на мой канал

Напряжение между незаземленной нейтралью тр-ра 110 кВ и землей при КЗ (Страница 2 из 2)

Советы бывалого релейщика → Спрашивайте — отвечаем → Напряжение между незаземленной нейтралью тр-ра 110 кВ и землей при КЗ

Страницы Назад 1 2

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений с 21 по 23 из 23

21 Ответ от R14 2012-07-02 16:08:09 (2012-07-02 18:17:55 отредактировано R14)

• R14
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-01-10
• Сообщений: 347
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Напряжение между незаземленной нейтралью тр-ра 110 кВ и землей при КЗ

Я только не понял что такое центр координат (земля). Если это точка заземления ТН, то это так.
Похоже Вы правы. Векторное сложение трех векторов деленное на 3 (Uо) равно смещению нейтрали.

22 Ответ от rz_a 2013-12-01 11:42:59 (2013-12-01 11:56:18 отредактировано rz_a)

• rz_a
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-03-01
• Сообщений: 29
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Напряжение между незаземленной нейтралью тр-ра 110 кВ и землей при КЗ

Здравствуйте. Раз уж эта тему снова подняли, поделюсь и своей информацией. Материал подготовлен ещё полгода назад для отдельной темы по защите нейтралей трансформаторов от перенапряжений при неполнофазных режимах. Текст привожу без изменений.

Хочу поделиться информацией, которую удалось собрать в ходе изучения вопроса защиты разземленных нейтралей трансформаторов отпаечных и тупиковых ПС 110/6(10) кВ от возникновения повышенного напряжения при неполнофазных режимах работы ВЛ 110 кВ. Когда-то я поднимал эту тему.
Вопрос возник при реконструкции ОРУ (замена ОД и КЗ на выключатели) подстанции 110/6 по схеме два блока линия-трансформатор и изменении схемы её питания от сети 110 кВ. Теперь подстанция должна была быть запитана от других линий, на которых стоят воздушные выключатели (ВВ) с пофазным приводом. В ходе проектирования выяснилось, что когда-то давно на эту тему (вроде бы) был циркуляр об установке автоматики заземления нейтрали трансформатора для её защиты в случаях возникновения неполнофазных режимов, вызванных коммутациями выключателей с пофазными приводами. Сразу оговорюсь, что речь идет о подстанциях на Донбассе в Украине.
Немного теории.
Все трансформаторы 110-220 кВ отечественных заводов имеют пониженный уровень изоляции нейтралей. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтралей соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обусловлено включением со стороны нейтрали переключающих устройств с классом изоляции 35 кВ. Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает значительный экономический эффект, и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора. Выбор указанного уровня изоляции нейтралей трансформаторов, предназначенных для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью, технически обосновывается значением напряжения, которое может появиться на нейтрали при однофазном КЗ. А оно может достигнуть почти 1/3 линейного напряжения (например, для сетей 110 кВ около 42 кВ — действующее значение) [1, стр. 35].
При возникновении несимметрии напряжений в питающей сети на незаземленной нейтрали трансформатора возникает напряжение. В некоторых случаях оно может превышать напряжение изоляции нейтрали, представляя опасность для трансформатора. Одной из причин несимметрии напряжений может быть неполнофазный режим работы трансформатора (на одной или двух фазах).
Конечно же, к изоляции нейтрали (согласно нормам) предъявляются требования одноминутного испытательного напряжения напряжением 100 кВ, а в нейтраль к тому же устанавливаются разрядники (сейчас – ОПН), но все это должно защищать от коммутационных и других кратковременных перенапряжений. В случае же неполнофазного режима работы нейтраль трансформатора будет длительно находиться под напряжением.
Реализация автоматики заземления нейтрали трансформатора. Вместо ЗОНа в нейтрали трансформатора устанавливается короткозамыкатель (КЗ) на напряжение 110 кВ. В качестве датчика наличия напряжения между нейтралью трансформатора и землей, параллельно короткозамыкателю, устанавливается емкостный делитель напряжения. К низковольтному плечу делителя подключается реле напряжения, которое воздействует на реле времени, а последнее – на включение КЗ.
http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/60000/0/60495/thumb/p18amk1ja01tc217441nkb176o1e541.jpg
Рисунок 1 – Схема автоматики заземления нейтрали трансформатора

Далее вся представленная информация и выводы являются исключительно результатом собственного изучения вопроса. Поэтому не все может соответствовать действительности.
Пытаясь отыскать истоки автоматики защиты нейтрали, я общался с начальниками релейных служб, их заместителями, начальниками секторов и лабораторий, главным диспетчером, однако найти хоть какие-либо документы по этому вопросу не удалось.
Если начать с самого начала, с возникновения напряжения между нейтралью трансформатора и землей, возникает несколько вопросов.
1. Если говорить о неполнофазных режимах, то почему рассматривается неполнофазный режим, вызванный только коммутацией выключателей с пофазным приводом? Почему не берутся во внимание обрывы проводов линии?
2. В схемах управления выключателями с пофазными приводами при неполнофазном включении ВВ (МВ) предусмотрена цепь отключения выключателей с некоторой выдержкой времени. Это не берется о внимание?
3. В каких именно неполнофазных режимах должна работать эта автоматика? (имеются в виду уровни возникающих напряжений на нейтрали и их соотношение с уровнем её изоляции).
На первый вопрос можно было бы ответить, зная вероятности появления неполнофазных режимов по тем или иным причинам, а также, зная ответы на два последующих вопроса. Поэтому к первому вопросу я ещё вернусь.
Для ответа на второй вопрос нужно обратиться к схемам управления выключателями с пофазными приводами. Вот фрагмент одной из них.
http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/60000/0/60495/thumb/p18amk3t9e12rnonj18behppdb12.jpg
Рисунок 2 – Схема управления выключателем с пофазным приводом (начало)

Из схемы видно, что в случае неполнофазного включения выключателя с некоторой выдержкой времени происходит принудительное отключение выключателя. Реле РП4 (катушка показана на рис. 3) служит для подхвата команд включения и остаётся включенным, пока по электромагнитам включения протекает ток.

http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/60000/0/60495/thumb/p18amk5032110ldob10mctra1je53.jpg
Рисунок 3 – Схема управления выключателем с пофазным приводом (окончание)

В схеме сигнализации имеется сигнал о неполнофазном включении выключателя. Можно предположить, что создавая автоматику заземления нейтрали, её разработчики решили перестраховаться на тот случай, если выключатель все-таки останется включенным не всеми фазами, несмотря на вышеперечисленные меры.
Вопрос третий, наиболее интересный. Возможны два вида неполнофазных режима. Первый – работа трансформатора на двух фазах.

http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/60000/0/60495/thumb/p18amk7bar8hb1jru193c1idt1pu44.jpg
Рисунок 4 – Двухфазный режим включения трансформатора изолированной нейтралью

По векторной диаграмме видно, что в этом случае между незаземленной нейтралью трансформатора и землей будет приложено напряжение, равное половине фазного – 32…33 кВ [1, стр. 36]. Оно не является опасным для изоляции нейтрали, так как не превышает её номинального значения в 35 кВ.
Остается второй и последний случай – электрическая связь трансформатора с сетью одной фазой. При этом трансформатор не работает, так как соединен с сетью только одним зажимом. При подаче напряжения по одной фазе все обмотки трансформатора и его нейтраль будут находиться под напряжением включенной фазы, т.е. 64…66 кВ. Учитывая высокое напряжение на нейтрали, её необходимо заземлять. После работы автоматики заземления нейтрали и включения КЗ трансформатор заработает на одной фазе, но об этом немного позже.
Возвращаюсь к первому вопросу. Если учитывать обрывы проводов ВЛ, то необходимо рассматривать обрыв сразу двух проводов, как представляющий опасность для изоляции нейтрали трансформатора. Вероятность такого события ниже, чем обрыв одного провода. Более того, обрыв двух проводов должен быть без короткого замыкания (по крайней мере в сторону источника питания), иначе такая ситуация приведет к отключению данного участка защитой линии и, как следствие, к ликвидации неполнофазного режима.
От теории к практике. Мне удалось узнать уставки реле напряжения данной автоматики, которая ещё осталась на некоторых подстанциях. Удалось также найти один проект, в котором была использована автоматика заземления нейтрали трансформатора. В проекте были данные о ёмкостях делителя, типе реле напряжения и рекомендуемая уставка его срабатывания.
РН1 – реле напряжения типа РН-53/400, уставка срабатывания 160 В;
1РУ – реле указательное РУ-21/0,25А;
Р1 – разрядник РА-350;
РВ1 – реле времени ЭВ-235, 220 В;
C1 – конденсатор ДМР80/0,004, 80 кВ;
C2 – конденсатор КБГ-МН, 1-3мкФ, 450 В.
Данные емкостей были написаны в разных местах немного по-разному. Если С1, похоже, имеет емкость 4 нФ (хотя в одном месте было написано ДМР80 0,004А), то для С2 в одном месте написано как 1÷3 (то есть от 1 до 3 мкФ) в другом – 1,3 мкФ. Я предположил, что это все-таки диапазон (только для какого именно значения емкости указана уставка реле напряжения – неизвестно) и принял для расчета значение в 1 мкФ.
Расчет емкостного делителя напряжения для автоматики заземления нейтрали силового трансформатора.
http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/60000/0/60495/thumb/p18amkbqi51dvl1r233q91cr1h625.jpg
Т.о. уставка реле напряжения равная 160 В соответствует напряжению на делителе равному 40,2 кВ.
Проектные данные приблизительно сошлись с теми, что были получены на практике и в пересчете на первичное напряжение уставка срабатывания реле напряжения составила не менее 40 кВ. Похоже, вопрос почти разрешился. Только что же будет дальше, после работы автоматики? С выдержкой 4-5 сек срабатывает реле времени, нейтраль заземляется и трансформатор оказывается в работе на одной фазе. Фазный ток замыкается через нейтраль, и при работе на одной фазе напряжения на низкой стороне распределяются как 1U : 0,5U : 0,5U. От такой несимметрии страдают потребители, собственные нужды подстанции (двигатели обдува трансформатора). По причине отсутствия специальных защит данный режим может длиться долго. В лучшем случае может сработать сигнализация о перегрузке, если токовое реле будет как раз на оставшейся в работе фазе (при схеме с одним токовым реле), а нагрузка трансформатора – достаточной для его срабатывания. А как же поведут себя резервные защиты трансформатора, ТЗНП, например? Ведь через нейтраль будет течь достаточно большой ток – вся нагрузка ляжет на одну фазу обмотки ВН. Уставка ТЗНП равна двум номиналам трансформатора. Поэтому, если навскидку (без обоснований) принять, что при номинальной нагрузке трансформатора ток по единственной подключенной фазе (он же – ток в нейтрали) будет втрое больше номинального фазного тока, то ТЗНП сработает только при нагрузке трансформатора большей 2/3*Sном. МТЗ на стороне ВН работать не будет, так как ТТ собраны в треугольник (либо МП реле программно отстроены от токов нулевой последовательности) по условию несрабатывания при внешних однофазных к.з. в сети 110 кВ.
Зачем же нужна такая автоматика, которая создает ненормальный режим работы и для трансформатора, и для сети 6-10 кВ? И это ещё не все. Так как уставка реле напряжения не дает работать автоматике в случае неполнофазного режима, вызванного отключением одной фазы, трансформатор остается в ненормальном режиме работы (на двух фазах), а на стороне НН возникает несимметрия напряжений [2]. А как раз именно в этом единственном случае в автоматике заземления нейтрали есть смысл. При заземлении нейтрали трансформатора напряжения на стороне НН были бы более-менее симметричны [3, стр. 32-35].
Прослеживается намерение сохранить исключительно трансформатор.
Похоже, работу этой автоматики следует пересмотреть. Возникают мысли о том, что было бы проще отключать трансформатор в неполнофазном режиме. Но, говоря именно об автоматике заземления нейтрали, следует иметь в виду, что большинство тупиковых и отпаечных подстанций 110/6(10) кВ в СССР строились по упрощенным схемам и возможности отключения нагруженного трансформатора со стороны ВН не было.
Мои предложения. Во-первых, необходимо точно определиться, действительно ли нужно выполнять специальную защиту нейтрали трансформаторов и, если да, то в каких случаях. Далее возможны два варианта.
1. Наиболее простое решение – отключение трансформатора по превышению напряжения на нейтрали выше заданной уставки с последующим АВР на стороне НН. Защита должна отключать трансформатор в случае работы как на одной, так и на двух фазах. В случае работы защиты, она может повлиять на надежность электроснабжения, но часто ли возникают такие ситуации? И от чего будут больше убытки: от недоотпуска (в случае, если второй трансформатор был отключен) или от повреждения электрооборудования потребителей?
2. Установка короткозамыкателя. Работа автоматики включения КЗ в нуле в случае работы трансформатора на двух фазах. Отключение трансформатора при подаче питания по одной фазе с последующим АВР на стороне НН.
Даже если не отключать трансформатор, то необходимо, по крайней мере, уменьшить уставку срабатывания реле напряжения для заземления нейтрали при работе трансформатора на двух фазах.
Рассматриваемая выше автоматика, используемая именно при питании линий от выключателей с пофазным приводом, сейчас почти неактуальна. Подстанций 110 кВ с этими выключателями очень мало, а в перспективе будут устанавливаться выключатели только с трехфазными приводами. Когда-то на форуме я спрашивал об этой автоматике, но, как я понял, о ней никто не слышал. Похоже, что это изобретение донбасских релейщиков.

Источник