Режимы работы нейтралей электрических сетей

 

     Нейтраль – это общая, нулевая точка соединения проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

1) сети с изолированной (незаземленной) нейтралью;

2) сети с компенсированной (резонансно- заземленной) нейтралью;

3) сети с эффективно- заземленной нейтралью;

4) сети с глухозаземленной нейтралью.

К первой и второй группам относятся сети напряжением 3 - 35 кВ, третья группа – сети напряжением 110 кВ и выше, четвертая – до 1 кВ.

Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему соединения обмоток электрооборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник. Для остальных видов нейтрали – звезда.

Режим нейтрали определяет ток однофазного короткого замыкания, и в зависимости от его величины сети делятся на сети с малыми токами замыкания на землю (менее 500 А ), в основном это сети 1-й и 2-й групп, и сети с большими токами замыкания на землю (более 500А ).

 

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и другие устройства, имеющие большое сопротивление.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем.

В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли симметричны и равны фазному напряжению, а емкостные (зарядные) токи фаз относительно земли также симметричны и равны между собой

     В случае замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в  раз и становятся равными междуфазному напряжению. Например, при замыкании на землю фазы А поверхность земли в точке повреждения приобретает потенциал этой фазы, а напряжения фаз В и С относительно земли становятся соответственно равными междуфазным напряжениям. Емкостные токи неповрежденных фаз В и С также увеличиваются в соответствии с увеличением напряжения в  раз. Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной.

Изолированная нейтраль применяется в сетях только до 35 кВ, т.к. при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в  раз по сравнению с нормальным значением, поэтому изоляция должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это ограничивает область использования этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции электроустановок не является определяющей и некоторое ее увеличение компенсируется повышенной надежностью питания потребителей.                

При однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Повышение напряжения в неповрежденных фазах до линейного значения распространяется на всю сеть, и при длительном воздействии возможно повреждение изоляции и последующее КЗ между фазами. Поэтому в таких сетях для быстрого отыскания замыканий на землю должен выполняться автоматический контроль изоляции, действующий на сигнал при уменьшении сопротивления изоляции одной из фаз ниже заданного значения.

Отыскание места замыкания на землю после получения сигнала должно начинаться немедленно, и повреждение должно устраняться в кратчайшие срок. Допустимая длительность работы с заземленной фазой определяется ПТЭ и в большинстве случаев не должна превышать 2 ч.

     В сетях 3 - 35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы (компенсированная нейтраль).                                                 

В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_С также индуктивный ток реактора I_L. Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180⁰, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_С = I_L (резонанс), то через место замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают обычно вблизи генераторов.

В сетях с компенсированной нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой. Допустимое время продолжительной работы реактора 6 ч.                                         

Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, т.к. при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в  раз, т. е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам эти сети аналогичны сетям с изолированными нейтралями. 

     Эффективно -заземленная нейтраль – это трехфазная сеть с коэффициентом замыкания на землю, который эквивалентен значению меньше или равному 1,4

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является стоимость изоляции. При использовании эффективного заземление нейтралей во время однофазного замыкания на землю, потенциал на остальных не превышает значения равного межфазному напряжению, умноженному на коэффициент 0,8. Это основное достоинство такого способа заземления нейтрали.   

Однако рассматриваемый режим нейтрали имеет и ряд недостатков.

- возникновение больших токов КЗ через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро отключено устройствами релейной защиты. Большинство КЗ на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустраняющимся и электроснабжение обычно восстанавливается автоматическим повторным включением (АПВ).

- удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи КЗ.

- значительный ток однофазного КЗ, который при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока КЗ. Для устранения этого частично разземляют нейтрали или заземляют нейтраль трансформатора через активное токоограничивающие сопротивление.

     Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление например, через трансформатор тока.                                                                         

Такие сети применяются на напряжение до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок, включаемых на фазные напряжения. Для фиксации фазного напряжения при наличии однофазных нагрузок применяют нулевой проводник, связанный с нейтралью трансформатора (генератора). Этот проводник служит для выполнения также и функции зануления, т.е. к нему преднамеренно присоединяют металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением.

 

Вопросы к теме 5:

1. Что такое нейтраль?

2. Дать определение изолированной нейтрали.

3. Заземляющее устройство состоит из …..

4. Почему изолированная нейтраль применяется только на напряжение до 35 кВ включительно?

5. Почему в сетях с изолированной нейтралью используется автоматический контроль изоляции?

6. Что происходит в сетях с компенсированной нейтралью при замыкании одной фазы на землю?

7. Дать определение эффективно-заземленной нейтрали.

8. Достоинства эффективно-заземленной нейтрали.

9. Недостатки эффективно-заземленной нейтрали.

10. Дать определение глухозаземленной нейтрали