Системы заземления электрических сетей до и выше 1000 В

Существует несколько вариантов работы электрических сетей в зависимости от их системы заземления. Кратко охарактеризуем имеющиеся системы заземления электрических сетей класса напряжения до и выше 1000 В.

Сети класса напряжения до 1000 В

В электрической сети данной конфигурации нейтральный вывод питающего силового трансформатора глухо заземлен , то есть электрически соединен с заземляющим контуром на трансформаторной подстанции. На всем протяжении от подстанции к потребителю нулевой и защитный проводник объединены в один общий – так называемый PEN-проводник.

Данная сеть предусматривает «зануление» электроприборов — присоединение нулевого и защитного проводника к совмещенному проводнику PEN. Данная сеть является устаревшей и реализуется только в промышленности и в уличном освещении.

Зануление электроприборов в быту запрещено из-за опасности появления опасного потенциала на зануленных корпусах, поэтому такая сеть в старых постройках эксплуатируется исключительно в качестве двухпроводной – используется только нулевой и фазный проводники.

Данная сеть отличается от предыдущей тем, что совмещенный проводник PEN разделяется в определенной точке, как правило, после входа в здание — на нулевой проводник N и защитный заземляющий проводник PE.

Сеть конфигурации TN-C-S наиболее распространенная в наше время. Данная сеть является одной из рекомендуемых систем согласно ПУЭ и может быть реализована на новых объектах.

1 — заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания, 2 — открытые проводящие части, N — нулевой рабочий проводник — нулевой рабочий (нейтральный) проводник, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов), PEN — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.

Конфигурация данной электрической сети отличается от предыдущих тем, что предусматривает разделение совмещенного проводника еще на питающей подстанции, на всем протяжении линии нулевой и заземляющий проводники разделены.

Данная система применяется при строительстве новых объектов и является наиболее предпочтительной из всех имеющихся. Но в связи с более высокой стоимостью реализации (необходимостью прокладки отдельного защитного проводника), часто все же отдается предпочтение сети конфигурации TN-C-S.

В данном случае нейтраль силового трансформатора также имеет глухое заземление, но электропроводка конечного потребителя заземляется от индивидуального заземляющего контура, не имеющего электрической связи с заземленной нейтралью трансформатора.

Данная система заземления рекомендуется к применению в случае неудовлетворительного состояния электрических сетей, в которых эксплуатация предусмотренного заземления может быть небезопасной.

В основном это сети TN-C, в которых не предусмотрено заземление в принципе, а также сети TN-C-S, которые не удовлетворяют требованиям ПУЭ относительно механической прочности совмещенного проводника, а также наличия его повторных заземлений.

1 — заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания, 2 — открытые проводящие части, 3 — заземлитель открытых проводящих частей, N — нулевой рабочий проводник — нулевой рабочий (нейтральный) проводник, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов).

Нейтрали силовых трансформаторов в сети данной конфигурации не заземлены, то есть, изолированы от заземляющего контура подстации. Защитный заземляющий проводник может подключаться к заземляющему контуру на подстанции либо непосредственно у потребителя к имеющемуся заземляющему контуру.

1 — сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется), 2 — заземлитель, 3 — открытые проводящие части, 4 — заземляющее устройство, PE — защитный проводник — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов).

Данная система заземления применяется для электроснабжения объектов, к которым предъявляются особые требования относительно безопасности и надежности. Это помещения электроустановок электростанций, подстанций, опасных производств, в частности горнодобывающей промышленности, взрывоопасные помещения и др.

Сети класса напряжения выше 1000 В

Электроустановки и сети класса напряжения 6, 10 и 35 кВ работают в большинстве случаев в режиме изолированной нейтрали. В связи с отсутствие заземления нейтрали замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием и не отключается защитой.

В случае наличия замыкания в сети данной конфигурации допускается ее непродолжительная работа, как правило, на время отыскания поврежденного участка и отделения его от сети. То есть при наличии замыкания в сети изолированной нейтралью потребители не теряют питание, а продолжают работать в прежнем режиме, за исключением поврежденного участка, в котором наблюдается неполнофазный режим – обрыв одной из фаз.

Опасность данной сети заключается в том, что в случае однофазного замыкания происходит растекание токов на землю от точки падения провода на 8 м на открытом пространстве и 4 м в помещениях. Человек, попавший в зону действия растекания данных токов, будет смертельно поражен электрическим током.

Нейтраль сетей 6 и 10 кВ может быть заземлена через специальные компенсирующие реакторы и дугогасящие катушки, которые позволяют компенсировать токи замыкания на землю. Данная система заземления сетей применяется в случае наличия больших токов замыкания на землю, которые могут быть опасны для электрооборудования данных сетей. Такая система заземления электрических сетей называется резонансной либо компенсированной .

Электрические сети класса напряжения 110 и 150кВ имеют эффективную систему заземления. При данной системе заземления большинство силовых трансформаторов электрической сети имеет глухое заземление нейтрали , а некоторые трансформаторы имеют нейтраль, разземленную через разрядники или ограничители перенапряжения . Выборочное разземление нейтралей позволяет снизить токи короткого замыкания в электрических сетях.

В результате расчетов, выбирается, на каких подстанциях следует разземлить нейтрали трансформаторов, чтобы обеспечить максимально эффективную работу электрической сети. Разземление нейтралей через разрядники или ОПН выполняется для того, чтобы защитить обмотку силовых трансформаторов от возможных перенапряжений.

Сети класса напряжения 220- 750 кВ работают в режиме глухозаземленной нейтрали, то есть в таких сетях все выводы нейтральных обмоток силовых трансформаторов и автотрансформаторов имеют электрическое соединение с заземляющим контуром подстанций.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

В каком режиме нейтрали работает лэп напряжением 500 кв

Режимы нейтрали сетей 6-10-35 кВ.
Достоинства и недостатки различных режимов

Юрий Целебровский,
Новосибирский государственный технический университет

Прежде чем высказать свои соображения об областях применения различных систем заземления нейтрали в сетях среднего напряжения, хотелось бы кратко остановиться на общепринятых и достаточно хорошо известных положениях, на которых базируются дальнейшие рассуждения.
Режим изолированной нейтрали имеет одно неоспоримое преимущество – малый ток однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), что позволяет:

• увеличить ресурс выключателей (поскольку однофазные замыкания достигают 90% от общего числа замыканий);
• снизить требования к заземляющим устройствам, определяемые условиями электробезопасности при однофазных замыканиях на землю.

Однако этот режим обладает и целым букетом недостатков (по сравнению с режимом эффективно заземленной нейтрали), к которым следует отнести:

• феррорезонансные явления, вызываемые кратковременными ОЗЗ;
• дуговые перенапряжения, связанные с появлением перемежающейся дуги при ОЗЗ и приводящие к переходу однофазного замыкания в двух- и трехфазное;
• сложность построения селективных защит от ОЗЗ при изолированной нейтрали и их недостаточную работоспособность в сетях с различными режимами и конфигурацией.

К достоинствам сети с изолированной нейтралью часто относят возможность продолжения ее работы при однофазном замыкании, что якобы повышает надежность электроснабжения потребителей. Такое утверждение по меньшей мере архаично. Опыт показывает, что в большинстве случаев однофазные замыкания из-за присущих сети недостатков быстро (если не мгновенно) переходят в двух- и трехфазные (см., например, [4]) и поврежденная линия всё равно отключается.
При сохранении замыкания на землю у опор воздушных линий или у места падения провода возникают опасные напряжения прикосновения. Известно, что около половины тяжелых и смертельных электропоражений приходится на случаи, связанные с замыканиями на землю, а среди общего электротравматизма на первое место давно вышел электротравматизм в сетях среднего напряжения [5].
В настоящее время бесперебойность электроснабжения обеспечивается в основном за счет двухстороннего питания и устройств АВР. Сохранять бесперебойность электроснабжения и одновременно сохранять аварийное состояние сети (ОЗЗ) – способ даже менее разумный, чем давно отжившая система ДПЗ.
Заземление через дугогасящий реактор позволяет в определенных случаях снизить ток замыкания на землю до его погасания, то есть ликвидировать дуговые перенапряжения. Это в свою очередь уменьшает число переходов ОЗЗ в двух- и трехфазные короткие замыкания. Снижение тока ОЗЗ улучшает условия электробезопасности в месте замыкания, хотя полностью не устраняет возможность электропоражения в сетях с воздушными линиями.
Недостатки заземления через дугогасящий реактор (ДГР):

• необходимость симметрирования сети до степени 0,75% фазного напряжения (в сетях с воздушными линиями степень несимметрии всегда не ниже 1–2%, а при двухцепных ВЛ нормально может достигать 5–7%; Правилами технической эксплуатации в некоторых случаях допускается напряжение смещения нейтрали до 30% от фазного напряжения [6,7]);
• сложность и высокая стоимость систем автоматической подстройки ДГР (реакторы с механической подстройкой практически не эксплуатируются); невозможность широкой диапазонной настройки, необходимой для разветвленных городских сетей с часто изменяемой конфигурацией по отношению к питающей подстанции;
• практически полное отсутствие селективных защит от ОЗЗ для сети с заземлением нейтрали через ДГР.

По поводу последнего недостатка можно возразить, что при хорошей компенсации емкостного тока отключение поврежденного присоединения не обязательно. Принимая это возражение, остается констатировать, что применение дугогасящего реактора – это способ сохранения аварийного режима однофазного замыкания, причем способ не дешевый.

Заземление нейтрали через резистор имеет несомненные достоинства, подтвержденные мировой практикой и опытом, накопленным в России:

• полное устранение феррорезонансных явлений;
• снижение уровня дуговых перенапряжений и устранение перехода ОЗЗ в двух- и трехфазные замыкания;
• возможность построения простых селективных защит от ОЗЗ.
• К недостаткам резистивного заземления нейтрали следует отнести:
• увеличение тока замыкания на землю (максимум на 40%);
• появление на подстанции греющегося оборудования (резистора мощностью 30–400 кВт).

Эти недостатки незначительны по следующим причинам:

• В сетях с заземленной нейтралью токи короткого замыкания составляют тысячи и десятки тысяч ампер; двойные замыкания на землю в сетях 6–35 кВ приводят к токам в сотни и тысячи ампер. В таких условиях названные сети успешно эксплуатируются, и на этом фоне увеличение тока ОЗЗ с 10 до 14 А или даже с 200 до 280 А ситуации не меняет.
• Нагревающийся при ОЗЗ резистор – более существенный недостаток. Однако определяемые ПУЭ допустимые температуры для другого оборудования, достигающие в аварийных режимах 200–300?С, позволяют спроектировать резистор, нагревающийся только до нижнего из указанных пределов. Установка такого резистора на ОРУ практически снимает вопрос о пожароопасности.

Области эффективного применения различных режимов заземления нейтрали в сетях среднего напряжения попытаемся определить, основываясь на высказанных выше положениях. В зависимости от типа сети и требуемых параметров эти области отражены в таблице. В ее первом столбце – классификация сетей по конфигурации и особенностям их работы, касающихся способа заземления нейтрали.

Таблица:Рекомендуемые режимы нейтрали сетей среднего напряжения

Тип электрической сети	Емкостный ток ниже границы ПУЭ*		Емкостный ток выше границы ПУЭ*
	Длительная работа с замыканием на землю	Однофазное замыкание на землю селективно отключается релейной защитой	Длительная работа с замыканием на землю	Однофазное замыкание на землю селективно отключается релейной защитой
Сети генераторного напряжения	изолированная	—	ДГР	—
Сети собственных нужд электрических станций	изолированная, резистор	резистор	ДГР	резистор
Распределительные сети с воздушными линиями	изолированная, резистор	резистор	резистор (ДГР)	резистор
Городские, поселковые кабельные сети (без ВЛ)	изолированная, резистор	резистор	(ДГР)	резистор
Сети, питающие передвижные подстанции и механизмы, торфяные разработки, шахты и т.п.	—	резистор	—	резистор

Сети генераторного напряжения – это в основном шинные мосты со стабильными емкостными токами. При замыкании на землю невозможно провести селективное отключение какого-либо участка, необходимо отключать сам генератор по четкому признаку появления напряжения нулевой последовательности. Кратковременная работа генератора до отключения при малых токах возможна при изолированной нейтрали. При емкостном токе, превышающем 5 А, могут возникать серьезные повреждения изоляции, поэтому представляется целесообразным применение дугогасящего реактора. При этом выполнение шинного моста изначально должно быть таким, чтобы не возникало смещения нейтрали и обеспечивалась точная настройка ДГР.
Сети собственных нужд электрических станций в отличие от сетей генераторного напряжения имеют разветвленную конфигурацию, позволяющую селективно отключать повреждение с ОЗЗ. Поскольку эти сети выполнены кабельными линиями, степень их симметрии достаточная для применения дугогасящего реактора.
При малых емкостных токах возможно применение изолированной нейтрали, однако при этом сеть нуждается в расчетной проверке на возможность возникновения феррорезонансных явлений. При опасности таковых рекомендуется заземление нейтрали через резистор. Длительная работа сети при ОЗЗ представляется малоцелесообразной, поскольку в таких сетях имеется достаточное резервирование.
Селективное отключение поврежденного присоединения релейной защитой может быть надежно выполнено при резистивном заземлении нейтрали.
При больших емкостных токах, если признано рациональным продолжение работы сети при ОЗЗ, наилучшим вариантом является применение ДГР, способствующее (при точной настройке) самоликвидации однофазного замыкания [8]. Селективное отключение релейной защитой ОЗЗ с большим током хорошо реализуется при резистивном заземлении нейтрали.
Распределительные сети с воздушными линиями, как правило, несимметричны. При малых токах, так же как и в предыдущем случае, возможно применение изолированной нейтрали при отсутствии предпосылок для феррорезонансных явлений. Эксплуатационное изменение конфигурации и размеров сети может привести к появлению таких предпосылок. При этом также возможно и превышение границы емкостного тока. Поэтому наилучшим и универсальным решением для таких сетей является резистивное заземление нейтрали. Применение ДГР проблематично из-за существующей несимметрии и большого диапазона изменения емкостного тока. Опыт показывает, что установленные в таких сетях ДГР практически нигде не работают.
В воздушных распределительных сетях, питающих нефтяные и газовые месторождения, существует проблема кратковременных отключений ВЛ, связанная с недостаточно отработанной технологией самозапуска двигателей насосов. Поэтому такие сети вынужденно работают при сохранении замыкания на землю. Применение ДГР целесообразно в подобных случаях лишь с позиций улучшения условий электробезопасности при ОЗЗ, что требует точной компенсации емкостного тока. Дуговых процессов при замыканиях на ВЛ, как правило, не бывает.
Городские, поселковые кабельные сети (без ВЛ) достаточно симметричны для применения ДГР, но в отличие от сетей собственных нужд электрических станций имеют постоянно и значительно изменяющуюся конфигурацию, что требует большого диапазона подстройки. Положение осложняется тем, что питающие подстанции, где устанавливаются ДГР, и распределительные городские сети часто имеют разную подчиненность, в том числе и оперативно-диспетчерскую. Это требует обязательной автоматической широкодиапазонной подстройки ДГР. Поэтому универсальным способом для таких сетей является резистивное заземление нейтрали, о чем свидетельствует обширная мировая практика.
При наличии в поселковых и городских сетях воздушных линий резко обостряется проблема электробезопасности при ОЗЗ, и в соответствии с новыми требованиями ПУЭ (1.7.64**) однофазные замыкания необходимо отключать релейной защитой. Это является дополнительным доводом в пользу резистивного заземления нейтрали.
Сети, питающие передвижные подстанции и механизмы, торфяные разработки, шахты и т.п., однозначно, в соответствии с 1.7.64 ПУЭ, требуют отключения ОЗЗ релейной защитой. С учетом тех преимуществ, которые дает резистивное заземление (гашение колебательных процессов в сети и формирование селективного признака в виде активного тока в поврежденном присоединении), режим заземления нейтрали через резистор представляется здесь единственно целесообразным, особенно при разветвленной сети.
В завершение следует отметить, что ключевой момент в определении режима заземления нейтрали сети – это решение о селективном отключении или длительном сохранении режима однофазного замыкания на землю. При сохранении ОЗЗ можно выбирать среди всех указанных в ПУЭ режимов нейтрали, учитывая высказанные в настоящей работе соображения. Если ОЗЗ должно селективно отключаться релейной защитой, преимущественным решением является заземление нейтрали через резистор.

Источник