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

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция и назначение

Режим нейтрали – это точка нулевой последовательности обмоток трансформатора или генератора, которая подключается к заземлителю, специализированному оборудованию или изолированно от внешних зажимов. Ее правильный выбор определяет защитные механизмы сети, вносит существенные особенности в работоспособность. Какие разновидности встречаются и преимущества у каждого варианта, читайте далее в статье.

Общее представление

Режимы нейтрали электроустановок выбираются из общепринятой, устоявшейся мировой практики. Некоторые изменения и корректировки вносятся из особенностей государственных энергосистем, что связывается с финансовыми возможностями объединений, протяженностью сети и другими параметрами.

Чтобы определить нейтраль и режим ее работы, достаточно ориентироваться в наглядных схемах электроустановок. Необходимо особое внимание уделить силовым трансформаторами и их обмоткам. Последние могут выполняться звездой или треугольником. Подробнее — ниже.

Треугольник предполагает изолированность нулевой точки. Звезда — наличие заземлителя, который присоединяется к:

• контуру заземления;
• резистору;
• дугогасящему реактору.

От чего зависит выбор нулевой точки соединения?

Выбор режима нейтрали зависит от ряда характеристик, среди которых можно выделить:

Надежность сети. Первый критерий связывается с выстраиванием защиты относительно однофазного замыкания на землю. Для работы сети 10-35 кВ зачастую применяется изолированная нейтраль, которая не отключает линию из-за упавшей ветки и даже провода на землю. А для сети 110 кВ и выше требуется моментальное отключение, для чего применяется эффективно заземленная.

Стоимость. Важный критерий, который определяет выбор. Реализовать изолированную сеть намного дешевле, что связывается с отсутствием необходимости в четвертом проводе, экономией средств на траверсы, изоляцию и на прочие нюансы.

Устоявшаяся практика. Как отмечалось выше, режимы нейтралей трансформаторов выбираются на основании общемировой и государственной статистики. Это говорит о том, что большинство производственных предприятий, создающих силовое оборудование, придерживаются этих норм. Из-за этого выбор предопределен заводом-изготовителем трансформатора или генератора.

Рассмотрим далее каждую вариацию в отдельности и узнаем преимущества и недостатки. Заметим, что существует пять основных режимов.

Изолированная

Режим работы нейтрали, в которой нулевая точка отсутствует, именуется изолированным. На схемах ее изображают в виде треугольника, что говорит о наличии только трехфазного провода. Ее использование ограничено сетью 10-35 кВ, а выбор определяется рядом преимуществ:

Читайте также:  Обмотки трансформатора твк 90

При возникновении однофазного замыкания на землю потребители не чувствуют неполнофазный режим. Отключения линии не происходит. В момент однофазного замыкания на поврежденной фазе напряжение становится равным 0, на двух оставшихся повышается до линейного.

Второе преимущество связывается со стоимостью. Выполнить подобную сеть намного дешевле. К примеру, отсутствует необходимость в нулевом проводе.

Главным недостатком такого варианта является безопасность. При падении провода сеть не отключается, последний остается под напряжением. При приближении на расстояние ближе восьми метров можно попасть под шаговое напряжение.

Эффективно заземленная

Режимы работы нейтралей в электроустановках выше 110 кВ реализованы представленным способом, что обеспечивает требуемые условия защиты сети и безопасности. Нулевая точка трансформатора заземляется на контур или через специальное устройство под названием «ЗОН-110 кВ». Последнее влияет на чувствительность срабатывания защит.

При падении провода создается потенциал между заземлителем и точкой обрыва. Из-за этого срабатывает релейная защита. Отключение производится с минимальной выдержкой времени, после чего включается вновь. Это связывается с тем фактом, что на работоспособность могла повлиять ветка дерева или птица. Повторное включение (АПВ) позволяет выявить реальность повреждения. К преимуществам необходимо отнести следующие моменты:

Относительно низкая стоимость, которая позволяет дешевле выстраивать высоковольтные сети. Следует отметить, что линии электропередач также имеют три провода вместо четырех, что является отличительной особенностью.

Повышенная надежность в сочетании с безопасностью. Это считается важным критерием, который определяет выбор представленного вида нейтрали.

Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.

Заземленная через ДГК (ДГР)

Режим нейтралей называется резонансно-заземленным, когда его точка проходит через дугогасящую катушку или реактор. Подобная система в основном применима для кабельных распределительных сетей. Она позволяет компенсировать индуктивность и уберечь систему от более масштабных и сложных повреждений.

При появлении однофазного замыкания на землю начинает работать катушка или реактор, которая компенсирует силу тока, снижая его в месте пробоя. Необходимо отметить, что разница между ДГК и ДГР связывается с наличием автоматической подстройки при изменении индуктивности в сети.

Основным преимуществом является компенсация энергии, которая не дает повреждению кабельной линии перерастать из однофазных в межфазное. Что касается недостатков, это появление прочих повреждений в слабых местах изоляции кабельных линий.

Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор

Режим нейтрали, при котором заземление точки нулевой последовательности выполняется через выокоомоный или низкоомный резистор, также считается резонансно-заземленным и используется в сетях 10-35 кВ. Особенности представленной системы связываются с отключением сети без выдержки времени.

Это удобно в плане защиты сети, но негативно влияет на отпуск электрической энергии. Подобная система не подходит для работы ответственных потребителей, хотя является отличным вариантом для кабельных линий. Использование на ВЛ электропередачи непригодно, так как появление земли в сети ведет к отключению фидера.

Еще одним нюансом относительно заземленной нейтрали через резистор является появление больших токов при замыкании на самом резисторе. Имелись случаи, которые приводили к возгоранию подстанции из-за этого момента.

Глухозаземленная

Режим работы нейтрали трансформатора для потребительской сети именуется глухозаземленным. Особенности следующие. Представленная вариация предполагает заземление нулевой точки на контур подстанции, относительно чего работают защиты. Такая система используется в распределительных сетях, где осуществляется непосредственное потребление электроэнергии.

Выход 0,4 кВ имеет четыре провода: три фазных и один нулевой. При однофазном замыкании создается потенциал относительно заземленной точки. Это отключает автомат или становится причиной перегорания предохранителей. Следует отметить, что срабатывание защит во многом определяется правильностью выбора плавких вставок или номинал автомата.

Заключение

Режим нейтрали – это способ заземления нулевой точки трансформатора или генератора. Выбор того или иного варианта зависит от ряда критериев, главным из которых считается общепринятая практика. Определить нейтраль можно по схемам, где достаточно рассмотреть обмотки трансформатора. Это следует учитывать и во время курсовых проектов, когда необходимо изобразить схему подстанций.

Каждый вариант обладает рядом преимуществ и недостатков. Исходя из использования той или иной нейтрали определяются условия работы и защиты. Идеальным для высоковольтной сети считается эффективно заземленная, для распределительной – резонансное заземление. Для потребительского применяется глухозаземленная. Рекомендуем рассмотреть основные виды защит, которые применяются в современной электроэнергетике.

Источник