Режим работы сети

Сетями о глухозаземленной нейтралью (рис. 5.1) называются трехфазные сети, у которых обмотки питающих трансформаторов соединены в звезду и нейтральные точки электрически соединены с заземляющей установкой (землей).

Рис. 5.1.Трехфазная четырехпроводная сеть 380/220 В с глухозаземленной ней­тралью при КЗ одной фазы на землю

Сетями с изолированной нейтралью называются трехфазные сети, у которых нейтраль трансформатора в нормальном режиме с землей не соединена.

Выбор режима работы нейтрали определяется надежностью и экономичностью работы электроустановок, безопасностью их обслуживания и зависит от работы сети при наиболее частых авариях — однофазных замыканиях на землю.

Однофазным замыканием на землю называется электрическое соединение частей электроустановки, находящихся под напряжением, с заземленными конструкциями или непосредственно с землей. В месте однофазного короткого замыкания (ОКЗ) течет ток замыкания на землю, а потенциал земли возрастает до рабочего напряжения сети.

При больших токах ОКЗ дуга в месте короткого замыкания (КЗ) устойчиво и длительно горит, вызывая перенапряжения, опасные для изоляции неповрежденных фаз, и переход ОКЗ в междуфазное. При малых токах ОКЗ дуга в месте КЗ неустойчива и быстро угасает.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при ОКЗ протекают большие токи замыкания на землю, защита отключает поврежденный участок, и ОКЗ не переходит в междуфазное замыкание. На неповрежденных фазах напряжение относительно земли не повышается и изоляция может рассчитываться на фазное напря­жение. Однако при частых однофазных КЗ возникают тяжелые условия работы отключающих аппаратов и могут быть повреждены обмотки трансформаторов.

Быстродействие защиты сокращает время прохождения тока ОКЗ; для уменьшения его величины в сетях напряжением свыше 1000 В в нейтраль трансформатора включается индуктивное сопротивление (реактор). Для восстановления питания пред­назначено автоматическое повторное включение (АПВ) или автоматический ввод резервного источника (АВР).

В сети с изолированной нейтралью (рис. 5.2) косвенная электрическая связь с землей происходит из-за несовершенства изоля­ции, в которой протекают незначительные по величине емкостные и активные токи утечки, причем их геометрическая сумма равна нулю. Потенциалы фаз относительно земли равны фазным напря­жениям.

Рис. 5.2. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью: а - схема протекания емкостных токов при ОКЗ; б - векторная диаграмма напряжений и токов

При ОКЗ потенциал поврежденной фазы равен нулю. У неповрежденных фаз напряжение возрастает до междуфазного и емкостные токи увеличиваются пропорционально напряжению в √3 раз. Ток ОКЗ больше нормального емкостного тока в три раза (рис. 5.2, б):

(5.1)

где ω = 2 лf = 314.

Емкость фаз относительно земли зависит от конструкции сети и ее протяженности. Для сетей свыше 1000 В с изолированной нейтралью ток ОКЗ можно определить по формуле

(5.2)

где U - междуфазноенапряжение, кВ; l_в и l_н – длины электрически связанных воздушных и кабельных линий сети данного напряжения, км.

Особенность сети с изолированной нейтралью заключается в том, что при ОКЗ междуфазные напряжения не меняются по величине и направлению, а малые величины токов ОКЗ не требуют немедленного отключения установки.

Приняты следующие режимы работы нейтрали в сетях свыше 1000 В:

1) сети 110 кВ и выше работают с глухозаземленной нейтрали по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) относятся к электроустановкам с большими токами замыкания на землю (I₃ > 500 А);

2) сети 3 - 35 кВ работают с изолированной нейтралью, они относятся к электроустановкам с малыми токами замыкания на землю, Токи ОКЗ не должны превышать 10, 20 и 30 А в сетях 35, 10 и 6 кВ соответственно.

Если емкостный ток превышает указанные значения, то его можно уменьшить путем компенсации индуктивным током, на­правляемым в место КЗ в момент загорания дуги. Источником индуктивного тока является дугогасящая катушка (катушка индуктивности, помещенная в бак с маслом).

Сетью с компенсированной нейтралью (рис. 1.4, а) назы­вается сеть, нейтраль которой заземлена через дугогасящую катушку, компенсирующую емкостные токи замыкания на землю.

Рис. 5.3. Трехфазная сеть с компенсированной нейтралью: а - схема протекания емкостных токов при ОКЗ; б - векторная диаграмма напряжений и токов

При ОКЗ потенциал нейтрали относительно земли возрастает до фазного напряжения и через катушку к месту замыкания течет индуктивный ток катушки. При полной компенсации тока ОКЗ нет (рис. 5.3, б) и тогда имеем:

(5.3)

Из условий полной компенсации индуктивность дугогасящей катушки

(5.4)

Для обеспечения надежной защиты от ОКЗ компенсированные сети работают с некоторой перекомпенсацией (I_L > I_C). При недокомпенсации емкостного тока (I_L < I_C) и отключении части линии в нормальном режиме значение I_С будет мало и некомпен­сированный ток будет недостаточен для срабатывания защиты.

У дугогасящих катушек или ЗРОМ (защитного реактора одно­фазного масляного) индуктивность регулируется путем переклю­чения витков обмотки или изменения воздушного зазора.

В сетях до 1000 В глухое заземление нейтрали выполняется на 380/220 и 220/127 В. Отключение поврежденной фазы при ОКЗ предотвращает опасность прикосновения людей к заземлен­ным конструкциям, оказавшимся под напряжением. Напряжение на любой фазе по отношению к земле при любых режимах не превышает 250 В, благодаря чему обеспечивается совместное питание силовых электроприемников и электроосветительных установок.

В сетях 660/380 В последнее условие не соблюдается, а потому они работают с изолированной нейтралью. При ОКЗ поврежден­ная фаза не отключается, на неповрежденных фазах напряжение относительно земли возрастает до 660 В, питание потребителей не нарушается. Поэтому в сетях 660 В осуществляется контроль изоляции с сигнализацией замыкания на землю или автоматическим отключением электроустановки при ОКЗ. [ Пестников Н.П., 10-14].