Режимы работы нейтралей в электрических сетях

Производство, преобразование, транспортировка, распределение и потребление электрической энергии осуществляется по симметричной трехфазной системе проводов. Симметричность системы достигается равенством фазных и линейных напряжений, равномерной загрузкой всех фаз по току, одинаковым сдвигом фаз напряжений и токов.

Однако, в процессе эксплуатации неизбежны нарушения симметрии трехфазной системы, которые могут быть вызваны: обрывом провода, пробоем изоляции, перекрытием на посторонние предметы, непереключением фаз коммутационных аппаратов и пр.

В любом случае, несимметрия ведет к появлению токов обратной и нулевой последовательности, а также апериодической составляющей токов, которые могут быть опасны для сохранности оборудования. Поэтому несимметрия должна быть устранена как можно быстрее. На быстродействие релейной защиты при неполнофазных режимах значительное влияние имеет режим работы нейтрали сети.

Различают несколько режимов работы нейтрали: изолированная, глухозаземленная и эффективно заземленная. У каждого режима есть свои достоинства и недостатки. В сетях напряжением до 35 кВ включительно применяют изолированную нейтраль. Это означает, что средняя точка обмоток ВН трансформатора не соединена с землей.

Однофазное замыкание при такой системе электроснабжения на землю, не приводит к аварийному отключению поврежденной линии, так как ток замыкания на землю довольно незначителен, его величина обусловлена только емкостью двух неповрежденных фаз относительно земли. Ток однофазного замыкания на землю, в сетях до 35 кВ не способен поддерживать горение дуги.

При металлическом замыкании одной фазы («полная земля»), напряжение на двух других возрастает до линейного, но электроснабжение потребителей сохраняется по двум оставшимся фазам. Для сохранности трансформаторов при таких режимах работы, изоляцию его нейтрали выполняют на класс напряжения соответствующий изоляции линейных вводов.

При значительных емкостных токах линий до 35 кВ, применяют дугогасящие катушки, подключаемые к нейтрали трансформаторов. Гашение дуги обеспечивается индуктивностью катушки, которая компенсирует емкостный ток замыкания на землю.

Системой электроснабжения с эффективно заземленной нейтралью считается сеть, в которой заземлена часть нейтральных обмоток силовых трансформаторов. Однофазное короткое замыкание, в таких сетях, приводит к отключению поврежденного участка.

Ток короткого замыкания проходит от места повреждения до ближайших заземленных нейтралей трансформаторов по земле, распределяясь в соответствии с сопротивлением петли фаза – ноль. К трансформаторам, нейтрали которого не заземлены, ток короткого замыкания (в дальнейшем — КЗ) не протекает.

Учитывая тот факт, что на все виды повреждений в электрических сетях, 80 % повреждений приходится на однофазные КЗ, и тот факт, что близкие однофазные КЗ. имеют значительные величины токов, их влияние стараются ограничить.

Для этого часть нейтралей в сети оставляют незаземленной, увеличивая тем самым сопротивление петли замыкания и, ограничивая однофазные токи КЗ. Общий баланс заземленных и незаземленных нейтралей рассчитывается исходя из условий селективной работы устройств РЗА и ограничения токов КЗ.

Кроме того, важным условием при выборе точек заземления, является условие ограничения перенапряжения на нейтральных обмотках при несимметричных повреждениях. На силовом оборудовании класс изоляции нейтралей как правило, принимают на один класс напряжения ниже номинального напряжения обмоток ВН. Такая практика позволяет сэкономить на изоляции и габаритах оборудования, что дает высокий экономический эффект.

Однако с другой стороны, сниженный уровень изоляции нейтрали ведет к необходимости применения оборудования, которое бы ограничивало перенапряжения и токи в нулевом выводе. В качестве защиты от кратковременных перенапряжений могут применяться ограничители перенапряжений, для ограничения токов применяются токоограничивающие реакторы и конденсаторы.

В режиме глухого заземления работают сети с бытовым потребителем. При таком режиме работы нейтрали средняя точка обмоток НН трансформатора присоединяется к заземляющему контуру. В распределительных щитках жилых домов, корпус щитков также присоединяется к заземляющему контуру.

Так, в каждую квартиру или дом “заходит” два провода: фазный и нулевой – обеспечивая тем самым потребителя напряжением 220 В. При повреждении изоляции фазного провода, и прикосновении его к заземленным конструкциям, происходит немедленное отключение поврежденного участка сети. Бетонные стены и полы в многоквартирных домах, также имеют потенциал земли.

Ток КЗ имеет достаточные значения для срабатывания защитной коммутационной аппаратуры. В последнее время, для повышения уровня электробезопасности, помимо рабочего нуля, в жилые помещения заводят и проводник защитное заземление, которое подключается к корпусам электроприборов. Провод защитного заземления в щитке также присоединяется к заземленным конструкциям.

Следует отметить, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с глухозаземленной нейтралью. Изоляция обмоток СН автотрансформатора выполнена, исходя из значения типовой мощности, которая меньше номинальной, а значит и уровень изоляции сниженный. В этом, собственно говоря, и состоит экономическая выгодность автотрансформатора перед трансформатором.

При неполнофазных коммутациях автотрансформаторов, в электромагнитной системе возникают опасные перенапряжения, которые могут быть ограничены глухим заземлением нулевого вывода.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что режим работы нейтрали оказывает существенное влияние на надежность электроснабжения и режим работы энергосистемы в целом.

Источник

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

Классификация нейтралей в сетях и электроустановках

Нейтралью называют соединение трансформаторных или генераторных обмоток в одной точке, при соединении трехфазной электрической сети переменного тока звездой. Если концы обмоток соединены треугольником, применяют схему «скользящего треугольника».

Через этот проводник протекает ток, в случае аварийной ситуации или при технологическом перекосе фазных значений, важно понимать, какой режим выбран для нейтрали.

Виды нейтралей в сетях

В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:

Сети напряжением менее 1 000 В по способу выполнения нейтрали в свою очередь подразделяют на системы TN, IT, TT, первые буквы в обозначениях которых говорят о следующем:

• Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
• I (изолят) – изолированной нейтрали.

Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:

• N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
• Т – независимое заземление.

TN делят еще на три подгруппы с дополнительным обозначением С, S и С-S. В данном случае С и S соответственно указывают на возможность совмещения в одном заземляющем проводнике защитных и рабочих функций (комбинированный и раздельный).

Сети до 1 кВ

Далее представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.

Выполняют с глухозаземленной нейтралью, с заземлением через нее открытых проводящих частей. Заземляющий проводник непосредственно соединяют с заземлительным контуром электросваркой или болтовым контактом. Возможно подключение через незначительный резистор (токовый трансформатор).

В указанных сетях назначение глухозаземленной нейтрали предполагает питание потребителей с однофазными и трехфазными характеристиками.

В данном случае также устраивают глухозаземленную нейтраль, а для заземления открытых проводников подключенной установки используют отдельное устройство, отделенное от нейтрального провода. Т. е. вывод защитного заземления производят не от энергоисточника, а от потребляющего агрегата.

Для системы IT трансформаторные и генераторные нейтральные проводники изолированы и заземлены, с применением устройства с высоким сопротивлением, при независимом заземлении открытой части. Такой способ применяют на электросетях для подключения промышленных комплексов, где перерыв энергоснабжения не допускается.

Сети более 1 кВ

На высоковольтных сетях применяются другие способы подключения нейтрали.

• сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
• сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
• сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Изолированная нейтраль

Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.

Эффективно-заземленная нейтраль

Используют для сетей, при значении напряжения более 110 кВ. При возникновении однофазного замыкания, на фазах, сохранивших целостность, величина напряжения удерживается на уровне 0,8 по отношению к междуфазному при нормальной работе сети. Требует выполнения сложного и дорогого заземлительного контура, поскольку система рассчитана на большие токи короткого замыкания.

Заземление посредством резистора или реактора

Применяют в сетях от 6 до 35 кВ, чтобы снизить значение тока при КЗ. При использовании реактора, в момент, когда задействован заземлитель, через него протекает КЗ емкостного происхождения и индуктивного (от данного устройства). При равной величине этих токов, происходит резонанс, с нулевой нагрузкой в сети.

При использовании резистора, возможна организация низкоомного и высокоомного заземления, в зависимости от величины тока, инициируемого сопротивлением при пробое на землю. При малых емкостных токах в сети, заземление отличается высокоомными характеристиками, что позволяет задержку отключения подачи энергии.

При большом емкостном токе, предусмотрено использование низкоомного заземления.

Виды нейтралей в электроустановках

Использование нейтрали в электроустановках – способ сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность обслуживающего персонала при авариях. Предусмотрено применение следующих заземлительных систем:

• изолированной;
• резонансно-заземленной;
• глухозаземленной;
• эффективно-заземленной.

Далее – детальнее о каждом из перечисленных способов.

Изолированный заземлитель

В данном случае нейтраль отсутствует. Проводники соединяют треугольником, при отсутствии нулевого вывода. Если возникают однофазные пробои на землю, изменения энергопотребления рабочими фазами не происходит. Используют для установок с характеристиками напряжения от 6 до 35 кВ.

Резонансно-заземленная система

Нулевой провод подключают посредством трансформаторной или генераторной обмотки, с дугогасящими катушками(катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью. Используемое оборудование снижает ток, предотвращая масштабные повреждения установки.

Глухозаземленная сеть

Наиболее распространенный способ, используемый для установок бытового назначения. Низковольтные контакты трансформаторных обмоток соединяют разомкнутой звездой, при заземлении нулевого провода посредством контура трансформатора или подстанции. При возникновении пробоя, создаваемый потенциал с землей включает защиту, выключающую устройство.

Эффективно-заземленная сеть

Применяют для сетей с напряжением более 110 кВ. Нейтраль выводят на землю через заземлитель одноколонкового типа (ЗОН). Это оборудование снижает значение токов, возникающих при пробое.

Использование нейтрали – один из способов, чтобы сохранить целостность оборудования и обеспечить безопасность персонала. Выбор оптимальной методики зависит от множества факторов и влияет на эффективность данной защиты в конкретной ситуации.

Источник