Тема 2 Режимы нейтрали электрических сетей
В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: 1) сети с незаземленной (изолированной) нейтралью (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); 2) сети с резонансно- заземленной (компенсированной) нейтралью (применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы)); 3) сети с эффективно- заземленной нейтралью; 4) сети с глухозаземленной нейтралью (глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление например, через трансформатор тока).
К первой и второй группам относятся сети напряжением 3 - 35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов которых изолированы от земли или заземлены через заземляющие реакторы.
Сети с эффективно -заземленными нейтралями применяют на напряжение выше 1 кВ. В них коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называют отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю поврежденной фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания. К эффективно-заземлелным сетям относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление. К этой группе относятся сети напряжением 110 кВ и выше.
К четвертой группе относятся сети напряжением 220, 380 и 660 В.
Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно- заземленными нейтралями). Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замыкания на землю (это сети с эффективно-заземленными нейтралями).
Вопрос 1: Трехфазные сети с изолированными нейтралями
В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емкостями, сосредоточенными в середине линий (рис. 1). Междуфазные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.
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 (рис.1, а). Емкостный ток фазы
(1),
где С - емкость фазы относительно земли.
а)
|
Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов. В
случае замыкания на землю в одной
точке напряжения неповрежденных фаз
относительно земли возрастают в
|
раз и становят-ся равными междуфазному напряжению. Например, при замыкании на землю фазы А (рис. 1, б) 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.
б) Рис. 1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью: а - нормальный режим, б - режим замыкания фазы А на землю |
Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной. В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз - больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю. |
При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.
Т.к. при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в раз по сравнению с нормальным значением, изоляция в сетях с незаземленной нейтралью 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, если учесть, что однофазные замыкания на землю составляют в среднем до 65% всех нарушений изоляции.
В так же необходимо отметить, что при работе сети с замкнутой на землю фазой становится более вероятным повреждение изоляции другой фазы и возникновение междуфазного короткого замыкания через землю. Вторая точка замыкания может находится на другом участке электрически связанной сети. Таким образом, короткое замыкание затронет несколько участков сети, вызывая их отключение. В сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.
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.
Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, т.к. дуга может повредить оборудование и вызвать двух или трехфазное КЗ.
При определенных условиях в месте замыкания на землю может возникать так называемая перемежающаяся дуга, т. е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Перемежающаяся дуга сопровождается возникновением перенапряжений на фазах относительно земли, которые могут достигать 3,5Uф. Эти перенапряжений распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование КЗ в частях установки с ослабленной изоляцией.
Работа сети с незаземленной (изолированной) нейтралью применяется и при напряжении до 1 кВ. При этом основные свойства сетей с незаземленной нейтралью сохраняются и при этом напряжении. Кроме того, эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их следует применять для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от опасности, возникающей при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений, в нейтрали или фазе каждого трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.