Выбор режима нейтрали

Режим нейтрали в сетях напряжением выше 1000 В

 

Электротехнические установки  напряжением выше 1000 В разделяются на:

- установки с большими токами замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания превышает 500 А;

- установки с малыми токами замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания менее 500 А.

К установкам с большими токами замыкания на землю относятся электротехнические установки с нейтралями, присоединенными непосредственно или через малые сопротивления.

К установкам с малыми токами замыкания на землю относятся установки с нейтралями, присоединенными к заземляющим устройствам через аппараты, компенсирующие емкостный ток сети на землю, или через аппараты, имеющих большое сопротивление.

В установках с глухо заземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током к.з.

В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким.

 

Применение глухого заземления нейтрали стабилизирует напряжение фаз по отношению к земле и в связи с этим уменьшает величины перенапряжений и позволяет снижать уровень изоляции. Одновременно глухое заземление нейтрали уменьшает сопротивление нулевой последовательности и ток однофазного к.з. может стать больше тока трехфазного к.з. Для уменьшения тока однофазного к.з. применяют способ разземления части нейтралей сети. Однако на разземленной части нейтралей появляется значительный потенциал. Это следует учитывать в связи с тем, что на современных трансформаторах изоляция вывода нейтрали выполняется ниже изоляции фазных выводов.

При применении глухого заземления нейтрали ток однофазного к.з. достигает нескольких десятков килоампер и для ограничения размеров повреждения током к.з. требуется возможно более быстрое отключение повреждения.

Кроме того, при замыканиях на землю  возникают значительные нескомпенсированные магнитные потоки нулевой последовательности, которые необходимо учитывать вследствие их влияния на установки связи.

Рис.7.1.Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью

 

В установках с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной из фаз треугольник напряжений остается практически неизменным, а электроснабжение не прерывается. Допускается возникшее замыкание не отключать в течение 2 ч для отыскания повреждения и принятия мер по обеспечению электроснабжения потребителей по другой цепи. В месте замыкания в течение этого времени проходит емкостный ток, определяемый емкостями фаз сети относительно земли. Если ток невелик, он не приводит к значительным нарушениям изоляции. При достаточно большом токе возможно повреждение изоляции кабеля и однофазное замыкание может перейти в междуфазное короткое замыкание.

Рис.7.2.Трехфазная сеть с изолированной нейтралью: а) нормальный режим; б) режим замыкания фазы А на землю.

Для снижения величины емкостного тока в месте замыкания применяются  компенсирующие устройства: заземляющие  реакторы, включаемые в нейтраль трансформатора, и трехфазные заземляющие трансформаторы. В этом случае в контуре замыкания создается резонанс токов - емкостного и индуктивного.

Суммарная мощность дугогасящих реакторов  для сетей определяется из выражения

Q=nIcUф

где n - коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять n=1,25; Ic - полный ток замыкания на землю, А; Uф - фазное напряжение, кВ.

(См. выбор дугогасящего реактора)

Согласно ПУЭ емкостный ток  не должен превышать следующих величин:

U, кВ 6 10 15-20 30

Iз, А 30 20 15 10

 

Применение аппаратов компенсации  емкостного тока на землю способствует быстрому гашению дуги в месте  замыкания, поэтомукомпенсирующие аппараты называют еще дугогасящими. Сеть с компенсацией емкостного тока называют сетью с компенсированной нейтралью.

Рис.7.3.Трехфазная сеть с компенсированной нейтралью

 

В настоящее время в России вопрос о режиме нейтрали решается следующим образом.

Сети с номинальными напряжениями 3-35 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

Сети с номинальными напряжениями 110 кВ и выше работают с глухозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю).

Такой выбор режима нейтрали объясняется следующим образом:

1) в сетях с малыми токами замыкания на землю обеспечивается возможность сохранять в работе линию с замыканием на землю в течение некоторого времени, достаточного для отыскания места повреждения и вклюяения резерва;

2) снижается стоимость заземляющих устройств, что очень важно по экономическим соображениям из-за большого количества установок 3-35 кВ;

3) уменьшается на треть число трансформаторов тока и сокращается число защитных реле;

4) в сетях с большими токами замыкания на землю стоимость изоляции при напряжении 110 кВ и выше значительно снижается при глухом заземлении нейтрали, а увеличение стоимости заземляющих устройств мало сказывается из-за небольшого числа установок по сравнению с числом установок 3-35 кВ;

5) надежность работы сетей с глухим заземлением нейтрали возрастает, так как поврежденный участок немедленно отключается . В силу того, что большинство замыканий после отключения самоустраняется, в этих сетях оказывается особенно эффективным применение устройств автоматического повторного включения.

 

Режим нейтрали в сетях напряжением до 1000 В

 

Электроустановки напряжением  до 1000 В работают как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью.

При выборе режима нейтрали в сетях напряжением до 1000 В руководствуются соображениями экономики, надежности и электробезопасности.

 

Экономичность

Системы с изолированной нейтралью при наличии в них устройств контроля изоляции экономичнее систем с заземленной нейтралью, поскольку не требуют установки в них третьего трансформатора тока и токовых реле.

Всякое замыкание на землю в  системах с глухозаземленной нейтралью приводит к немедленному отключению поврежденного участка и как следствие - к убыткам, связанным с недоотпуском электроэнергии.

 

Надежность

В установках с изолированной нейтралью требование немедленного отключения участка с замыканием на землю не ставится. Такая система может работатьдо отыскания повреждения несколько часов.

С этой точки зрения считается, что  надежность электроснабжения в установках с изолированной нейтралью выше. Однако, при работе сети с изолированной нейтралью с замыканием на землю в одной точке в любой момент может произойти замыкание на землю в другой точке другой фазы, особенно в сетях с ослабленной изоляцией; при этом ток двойного замыкания на землю, эквивалентный току двухфазного к.з., вызовет неселективное отключение одного или обоих мест с замыканием на землю.

 

Электробезопасность

В системах с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки образуется цепь: фаза источника - тело человека - обувь - пол - земля - заземление нейтрали источника. Ток через тело человека определяется

где Uф - фазное напряжение источника; Rтл - сопротивление тела человека, его обуви и пола.

В системах с изолированной нейтралью ток через тело человека

где R - сопротивление изоляции фазы на землю.

При однофазном замыкании на землю  прикосновение человека к токоведущим  частям неповрежденных фаз представляет большую опасность, так как к  телу человека прикладывается линейное напряжение источника.

Таким образом, в отстутствие замыканий на землю системы питания с изолированной нейтралью безопаснее систем с глухозаземленной нейтралью.

 

Зануление - это преднамеренное соединение потенциально опасных частей с нейтралью трансформатора. В сетях с заземленной нейтралью используют нулевой защитный проводник, который соединяет зануляемые части с нейтралью трансформатора. Нулевой рабочий проводник используется для питания электроприемников и соединяет их нулевые выводы с нейтралью трансформатора.

В сетях с изолированной нейтралью все потенциально опасные части электрооборудования должны быть заземлены.

В сетях с глухозаземленной нейтралью потенциально опасные части соединяются с нулевым (защитным) проводником (зануление). Совмещение рабочего нулевого проводника с нулевым защитным проводником для однофазных и переносных электроприемников запрещено.

Рис.7.4.Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью с занулением

Согласно ПУЭ в трехфазных системах питания напряжением 220 и 380 В применяют как изолированную, так и глухозаземленную нейтраль.

При мало разветвленной сети преимущества имеет система с изолированной  нейтралью вследствие незначительных токов однофазного замыкания.

При значительно разветвленной  сети целесообразно применять систему  с глухозаземленной нейтралью.

В установках напряжением 500 и 660 В нейтраль должна быть изолирована.