Глухозаземленная нейтраль схема – Заземление — Википедия

Последние статьи

Самое популярное

pomegerim.ru

Режимы работы нейтралей в электроустановках

Нейтралями электроустановок называют общие точки обмотки генераторов или трансформаторов, соединенные в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения, токи при однофазных замыканиях на землю, условия работы релейной защиты и безопасности в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т.д.

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

• сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
• сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
• сети с эффективно-заземленными нейтралями;
• сети с глухозаземленными нейтралями.

В России 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. В соответствии с рекомендациями Международного электротехнического комитета (МЭК) к эффективно-заземленным сетям относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В Советском Союзе 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).

Трехфазные сети с незаземленными (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.

Рис.1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью
а — нормальный режим;
б — режим замыкания фазы А на землю;
в — устройство для обнаружения замыканий на землю

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

(1)

где С — емкость фазы относительно земли.

Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью, как правило, не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в √з раз и становятся 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 √3 раз. Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной.

Для тока в месте повреждения можно записать:

(2)

т.е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежденных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток I_С оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:

(3)

Согласно (1.3) ток I_С зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли, которая зависит в основном от конструкции линий сети и их протяженности.

Приближенно ток I_с, А, можно определить по следующим формулам:

для воздушных сетей

(4)

для кабельных сетей

(5)

где U — междуфазное напряжение, кВ; l — длина электрически связанной сети данного напряжения, км.

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.

Вследствие того что при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в √з 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 то же время 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 (рис.2). Вторая точка замыкания может находиться на другом участке электрически связанной сети. Таким образом, короткое замыкание затронет несколько участков сети, вызывая их отключение. Например, в случае, показанном на рис.2, могут отключиться сразу две линии.

Рис.2. Двойные замыкания на землю в сети с незаземленной нейтралью

В связи с изложенным в сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.

Так, на рис.1, в показан способ контроля изоляции в сети с незаземленной нейтралью. Устройства контроля подключаются к сети через измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ или через группу однофазных трансформаторов типа ЗНОМ.

Вторичные обмотки измерительных трансформаторов (рис.1,в) соединяются по схемам: одна (I) — звезда, вторая (II) — разомкнутый треугольник. Обмотка I позволяет измерять напряжения всех фаз, обмотка II предназначена для контроля геометрической суммы напряжений всех фаз.

Нормально на зажимах обмотки II напряжение равно нулю, поскольку равна нулю геометрическая сумма фазных напряжений всех трех фаз в сети с незаземленной нейтралью. При металлическом замыкании одной фазы в сети первичного напряжения на землю на зажимах обмотки II появляется напряжение, равное геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз (рис.1,б) Число витков обмотки II подбирается так, чтобы напряжение на ее выводах при металлическом замыкании фазы первичной сети на землю равнялось 100 В. При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение на обмотке II в зависимости от сопротивления в месте замыкания будет 0-100 В.

Реле напряжения, подключаемое к обмотке II, будет при соответствующей настройке реагировать на повреждения изоляции первичной сети и приводить в действие сигнальные устройства (звонок, табло).

Персонал электроустановки может проконтролировать напряжение небаланса (вольтметром V₂) и установить поврежденную фазу (вольтметром V₁). Напряжение в поврежденной фазе будет наименьшим.

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

Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, так как дуга может повредить оборудование и вызвать двух- или трехфазное КЗ (последнее часто наблюдается при однофазных замыканиях на землю одной из жил трехфазного кабеля). Особенно опасны дуги внутри машин и аппаратов, возникающие при однофазных замыканиях на заземленные корпуса или сердечники.

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 3,5 U_ф. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование КЗ в частях установки с ослабленной изоляцией.

Наиболее вероятно возникновение перемежающихся дуг при емкостном токе замыкания на землю более 5-10 А, причем опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения сети. Допустимые значения тока нормируются и не должны превышать следующих значений:

В сетях 3-20 кВ, имеющих линии на железобетонных и металлических опорах, допускается I_c не более 10 А. В блочных схемах генератор-трансформатор на генераторном напряжении емкостный ток не должен превышать 5А.

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.

Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

В сетях 3-35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

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_C также индуктивный ток реактора I_L (рис. 3). Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_C=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.

Рис.3. Трехфазная сеть с резонансно-заземленной нейтралью

Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения

Q = n I_C U_Ф, (6)

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

По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом необходимо учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным для обеспечения возможно более полной компенсации емкостного тока при вероятных изменениях схемы сети (например, при отключении линий и т.п.). При I_C ≥ 50 А устанавливают два дугогасящих реактора с суммарной мощностью по (6).

Рис. 4. Устройство дугогасящих реакторов
а — типа РЗДСОМ, б — типа РЗДПОМ

В России применяют дугогасящие реакторы разных типов. Наиболее распространены реакторы типа РЗДСОМ (рис.4,а) мощностью до 1520 кВ А на напряжение до 35 кВ с диапазоном регулирования 1:2. Обмотки этих реакторов располагаются на составном магнитопроводе с чередующимися воздушными зазорами и имеют отпайки для регулирования тока компенсации. Реакторы имеют масляное охлаждение.

Более точно, плавно и автоматически можно производить настройку компенсации в реакторах РЗДПОМ, индуктивность которых изменяется с изменением немагнитного зазора в сердечнике (рис.4,б) или путем подмагничивания стали магнитопровода от источника постоянного тока.

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. Наиболее характерные способы присоединения дугогасящих реакторов показаны на рис.5.

Рис.5. Размещение дугогасящих реакторов в сети

На рис.5,а показаны два дугогасящих реактора, подключенных в нейтрали трансформаторов подстанции, на рис.5.б — реактор, подключенный к нейтрали генератора, работающего в блоке с трансформатором. В схеме на рис.5, в показано подключение дугогасящего реактора к нейтрали одного из двух генераторов, работающих на общие сборные шины. Следует отметить, что при этом цепь подключения реактора должна проходить через окно сердечника трансформатора тока нулевой последовательности (ТНП), что необходимо для обеспечения правильной работы защиты генератора от замыканий на землю.

При подключении дугогасящих реакторов через специальные трансформаторы и трансформаторы собственных нужд, по мощности соизмеримые с мощностью реакторов, необходимо учитывать их взаимное влияние.

В первую очередь это влияние сказывается в уменьшении действительного тока компенсации по сравнению с номинальным из-за наличия последовательно включенного с реактором сопротивления обмоток трансформатора

(7)

где I_ном,р — номинальный ток дугогасящего реактора; U_к% — напряжение КЗ трансформатора; S_ном,т — номинальная мощность трансформатора.

Особенно резко ограничивающее действие обмоток трансформатора сказывается при использовании схемы соединения обмоток звезда-звезда, так как при однофазных замыканиях на землю индуктивное сопротивление у них примерно в 10 раз больше, чем при междуфазных КЗ. По этой причине для подключения реакторов предпочтительнее трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда-треугольник. В свою очередь наличие дугогасящего реактора в нейтрали трансформатора обусловливает при однофазных замыканиях на землю дополнительную нагрузку на его обмотки, что приводит к повышенному нагреву. Это особенно важно учитывать при использовании для подключения реактора трансформаторов, имеющих нагрузку на стороне низшего напряжения, например трансформаторов собственных нужд электростанций и подстанций. Допустимая мощность реактора, подключаемого к нагруженному трансформатору, определяется из выражения

(8)

где S_ном,т — номинальная мощность трансформатора; S_max — максимальная мощность нагрузки.

Выражение (8) справедливо с учетом того, что значение cosφ нагрузки обычно близко к единице, а активное сопротивление реактора мало.

С учетом перегрузки трансформатора, допустимой на время работы сети с заземленной фазой и определяемой коэффициентом перегрузочной способности k_пер, допустимая мощность реактора, подключаемого к данному трансформатору, равна

(9)

При подключении реактора к специальному ненагруженному трансформатору необходимо выдержать условие (если перегрузка трансформатора допустима).

В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой до тех пор, пока не представится возможность произвести необходимые переключения для отделения поврежденного участка. При этом следует учитывать также допустимое время продолжительной работы реактора 6ч.

Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как 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 √3 раз, т.е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями.

Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь применяется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах относительно земли равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режиме работы. Это основное достоинство такого способа заземления нейтрали.

Рис.6. Трехфазная сеть с эффективно-заземленной нейтралью

Однако рассматриваемый режим нейтрали имеет и ряд недостатков. Так, при замыкании одной фазы на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с малым сопротивлением, к которому приложена ЭДС фазы (рис.6). Возникает режим КЗ, сопровождающийся протеканием больших токов. Во избежание повреждения оборудования длительное протекание больших токов недопустимо, поэтому КЗ быстро отключаются релейной защитой. Правда, значительная часть однофазных повреждений в электрических сетях напряжением 110 кВ и выше относится к самоустраняющимся, т.е. исчезающим после снятия напряжения. В таких случаях эффективны устройства автоматического повторного включения (АПВ), которые, действуя после работы устройств релейной защиты, восстанавливают питание потребителей за минимальное время.

Второй недостаток — значительное удорожание выполняемого в распределительных устройствах контура заземления, который должен отвести на землю большие токи КЗ и поэтому представляет собой в данном случае сложное инженерное сооружение.

Третий недостаток — значительный ток однофазного КЗ, который при большом количестве заземленных нейтралей трансформаторов, а также в сетях с автотрансформаторами может превышать токи трехфазного КЗ. Для уменьшения токов однофазного КЗ применяют, если это возможно и эффективно, частичное разземление нейтралей (в основном в сетях 110-220 кВ). Возможно применение для тех же целей токоограничивающих сопротивлений, включаемых в нейтрали трансформаторов.

Сети с глухозаземленными нейтралями

Такие сети применяются на напряжение до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок, включаемых на фазные напряжения (рис.7). В них нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока). 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.

При наличии зануления пробой изоляции на корпус вызовет однофазное КЗ и срабатывание защиты с отключением установки от сети. При отсутствии зануления корпуса (второй двигатель на рис.7) повреждение изоляции вызовет опасный потенциал на корпусе. Целость нулевого проводника нужно контролировать, так как его случайный разрыв может вызвать перекос напряжений по фазам (снижение его на загруженных фазах и повышение на незагруженных). Может быть принято при необходимости раздельное выполнение нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Рис.7. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью

www.gigavat.com

описание типов и видов, способов подключения

Воздушные, кабельные линии на трансформаторных подстанциях работают с высоким напряжением. Его передача предполагает соблюдение мер безопасности. Высоковольтные линии аналогично энергосистемам с 380 В подсоединяются по специально установленным схемам — так обеспечивается надлежащая защита от случайного поражения током, проходящим через действующую цепь. При этом нейтральная трансформаторная точка — «нейтраль» — подлежит надежному заземлению.

Способы подсоединения

Особенность функционирования высоковольтных систем заключается в том, что при повреждении, обрыве линии происходит замыкание на землю отдельного провода. При этом токи утечки представлены внушительными величинами. Отличительными являются меры безопасности, которые применяются к подобным сетям. Они несравнимы с аналогичными действиями, проводимыми в цепях конечных потребителей. В сетях с 6 — 35 кВ стандартно задействуются следующие виды заземления нейтрали:

1. Прямая связь с заземляющим устройством (ЗУ), которое устанавливается вблизи высоковольтной опоры, подстанции с трансформатором. Такую схему принято называть глухозаземленной нейтралью.
2. Подключение выполняется с помощью специальных устройств — компенсаторов или реакторов дугогасящего типа.
3. В процессе задействуется заземляющая система, предполагающая подключение описываемой нейтральной точки посредством резистора.
4. Создание изолированной нейтрали в обход к подсоединению ЗУ в пределах обслуживаемого объекта, защищаемой высоковольтной линии.

Монтирование компенсационных деталей по сети проведения нейтрального проводника помогает снизить величины токов замыкания. Работа подобной цепи заключается в нейтрализации опасного электричества через планомерное изменение индуктивности на катушке. В последней напряжение обязательно имеет обратную фазу.

Когда достигаются определенные показатели индуктивности, ток в месте замыкания используемого заземлителя достигает нулевых значений. Более эффективное действие подобного заземления с параллельной индукцией обеспечивается за счет включения резистора. Такой прибор обеспечивает стекание активного тока, который необходим для работы высоковольтного защитного реле.

Важно! Каждая описанная система предполагает установку на принимающей стороне отдельного ЗУ. С его помощью создается эффективное заземление нейтрали, обеспечиваются надлежащие условия по использованию ВЛ.

Без подключения в цепь обозначенных устройств невозможно создание эффективных защитных функций. Если случится случайная поломка нейтрального проводника, на подстанциях силовые действующие установки будут незащищенными.

Стоит упомянуть еще вариант заземления нейтрали, включенной в сети от 6 до 35 кВ. Общая точка подводится к питающей цепи, что дает возможность эффективно использовать заземлитель. При этом создаются оптимальные условия для стекания активного тока. Существенным недостатком метода выступает его высокая стоимость, по этой причине он задействуется только на территориях питающих подстанций, у которых входные напряжения достигают 110 кВ и более.

Системы с изоляцией от земли

Работа высоковольтных сетей с эффективно заземленной нейтралью изоляционного типа является распространенной в различных регионах России. В этом случае нейтральная точка в трансформаторе или генераторе с трехфазной обмоткой не заземляется. Популярность подобного варианта включения нейтрали объясняется тем, что замыкание на землю фазы не является коротким, т. к. попросту отсутствует взаимосвязь с грунтом.

Особенность же заключается в том, что ВЛ в таком аварийном режиме работает без существенных поломок на протяжении нескольких часов. Среди достоинств такой схемы отмечено также наличие малых токов в точке замыкания ОЗЗ (одна фаза на землю). Объясняется такой принцип небольшой емкостью сети по отношению к грунту.

Важно! Подобный тип включения имеет токи ОЗЗ на порядок ниже в сравнении с межфазными замыканиями. Это очередное преимущество обозначенных сетей.

Отсутствует необходимость во включении защитных быстродействующих устройств от ОЗЗ, в результате чего снижаются затраты при эксплуатации систем. Не обойтись и без недостатков при подключении:

1. В некоторых случаях создаются перенапряжения, имеющие дуговой эффект даже при небольших токах в месте заземления одной фазы.
2. Существует вероятность выхода из строя высоковольтных, кабельных установок вследствие повреждения изоляционного слоя.
3. Ведется повышенный учет напряжений (380 В). При необходимости линейная электрическая техника подвергается тщательной изоляции.
4. Сложное нахождение и определение конкретной точки повреждения.

Выбирая описанный тип подсоединения нейтральной точки, следует учитывать все его преимущества и недостатки, тщательно продумать последствия от возможных аварийных ситуаций.

Подключение с помощью низкоомного сопротивления

Среди многих видов нейтралей часто используется заземление через резистор с незначительной номинальной величиной. Они нашли широкое применение на территории Беларуси, России. Логично в таких схемах задействовать высокоомный резистор (RB-режим), который задает низкие уровни перенапряжений при ОЗЗ.

В других случаях при заземлении нейтральной точки задействуются комбинированные способы ее подсоединения посредством применения индуктивности (RB-режим и LB).

Более подробное изучение обозначенных подходов показывает, что резисторы высокоомного типа характеризуются внушительными размерами. К тому же они отличаются значительными ценами и массой. Однако и обустройство дугогасящих реакторов отличается своими особенностями и недостатками. Поэтому при выборе режима, поддерживаемого низкоомным резистором, следует провести тщательные расчеты и исчисления с учетом обозначенных факторов.

Существует два типа проведения низкого заземления. В первом случае выполняется установка резонансного резисторного приспособления, с помощью которого срабатывает защита от токов при ОЗЗ. Что касается второго варианта, он предполагает использование заземленных схем посредством индуктивности. Они направлены на обеспечение защиты в случае фазных двойных замыканий.

При резистивном подключении стоит принимать во внимание дополнительные токи в нейтрали, которые могут стать причиной прерывания емкостных значений ОЗЗ до 3 раз и более. Индуктивные или реактивные схемы по уровню своего заземления не должны превышать общее значение электротоков, исходящих от двойных замыканий.

Исходя из ПУЭ, обозначенные выше рабочие режимы могут быть кратковременными или длительными. Последний вариант предполагает расположение заземляющих деталей в единую цепь, в которой нейтраль функционирует на постоянной основе.

Именно такой способ подключения, на что указывают правила устройства электрических установок, допустим только при выполнении качественного заземления с показателем RЗ ≤ 0,5 Ом. Подобный подход эффективен с точки зрения трудовых затрат и экономических соображений.

rusenergetics.ru

Назначение заземления и зануления, цель заземления нейтрали

Глухозаземлённой нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

То есть на трансформаторных подстанциях ноль трансформатора соединен с контуром заземления ТП, так же и в щитовых жилых домов существует контур заземления который соединяется с нулевым проводником.

Рисунок 1. Глухозаземленная нейтраль трансформатора.

Контур заземления в свою очередь соединен со всеми металлическими конструкциями как в трансформаторных подстанциях так и в щитовых жилых домов. Для чего все это делается, рассказано в этой статье.

Рисунок 2. Схема электрической сети с глухозаземлённой нейтралью.

Рисунок 3. Подключение электроприемников в сети TN-C.

Цель заземления и зануления нейтрали.

• Стремление обеспечить селективность защиты от токов короткого замыкания.
• Обеспечить одновременное питание силовых и осветительных установок от одной и той же сети 380/220 или 220/127В

При нормальном состоянии сети напряжение каждой фазы относительно земли равно фазному напряжению. Прикоснувшийся к любой фазе человек оказывается под фазным напряжением. Ток при этом:

Iч = Uф / Rч + r3+r0 = Uф / Rч при Uф=127 В, Iч = 127 / 100 = 0.127 А — опасный ток. 

Величина сопротивления изоляции и ёмкость сети в этом случае не влияют на величину тока I_Ч.

Серьезным достоинством системы с глухозаземлённой нейтралью является то, что всякое замыкание любой фазы на землю является однофазным коротким замыканием, которое немедленно и селективно отключается максимальной защитой соответствующего автоматического выключателя.

Однако эта особенность относится главным образом к установкам напряжением свыше 1000В: min. сопротивление рабочего заземления r₀ = 4 Ом. Сопротивление растеканию в месте замыкания фазы на землю r_ЗМ = 16 Ом. При U_Л = 6000В.

Iзм = Uл / V3 * (r0+r3м) = 6000 / 1.73 * (4+16) = 174 A.

В электроустановках до 1000 В: 

Iзм = 380 / 1.73 * (4+16) = 11 A, этого недостаточно чтобы расплавить плавкую вставку. 

По этой причине в сетях с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000В действующие ПУЭ требуют обязательной металлической связи корпусов электрооборудования с многократно заземлённой нейтралью (зануление).

Рисунок 4. Заземление корпусов электрооборудования, в соответствии с ПУЭ.

Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, которые появляются в момент замыкания на землю.

При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие сопротивления:

• внутреннее сопротивление трансформатора Z _т,
• сопротивление фазного провода Z _ф,
• сопротивление нулевого провода Z _н.

Величина тока к.з

При мощности трансформатора 400 кВА и выше сопротивление его мало и им можно пренебречь. Тогда ток короткого замыкания равен:

Если сопротивление петли фаза – нуль  Ом (что в сетях напряжением 380 (220 В редко, обычно это сопротивление значительно меньше), ток короткого замыкания равен:

Очевидно, при таком токе защита должна сработать. Напряжение корпуса относительно земли равно:

elektrika-24.narod.ru

это… Определение, устройство и назначение

Электроэнергетика – это сложный промышленный комплекс, который состоит из множества составных частей. Чтобы каждый элемент работал правильно и выполнял поставленные задачи, необходимо точное знание и понимание физических процессов, которые протекают в силовом оборудовании. Некоторые из них легко объяснить, поэтому предлагаем познакомиться с таким понятием, как «нейтраль».

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

1. Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
2. Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
3. Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
4. Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Как отмечалось выше, нейтраль – это соединение нулевого проводника трехфазного силового трансформатора или генератора. Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему энергетического оборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник.

Остальные варианты реализованы через заземление нулевого проводника на землю, ДГК, низкоомный резистор. Последние в основном используются на подстанциях, которые преобразуют электрическую энергию высокого напряжения на низкое, потребительское. Принципиальная схема – звезда.

Изолированная нейтраль в электрических сетях

Применяется в распределительных сетях 6-35 кВ. Что касается физических проявлений изолированной нейтрали, напряжение возрастает до линейного. Основное назначение подобного типа связывается со следующими моментам:

1. Сеть не отключается, продолжает работать. Потребители на фазах без замыкания используют однофазные бытовые приборы до отключения линии. Перекос по напряжению в сетях 0,4 кВ отсутствует, в сетях 6-35 увеличивается до линейного.
2. Реализация таких сетей в разы дешевле в обслуживании, что позволяет экономить значительные средства на распределение электрической энергии.
3. Высокая надежность работы, особенно на воздушных линиях электропередач. Падение ветки не отключит фидер и обеспечит его работоспособность.

Главными недостатками изолированных сетей считаются:

1. При однофазном замыкании сеть продолжает работать, защиты не срабатывают, что иногда приводит к несчастным случаям с населением.
2. Наличие феррорезонансных процессов и возникновение реактивной мощности, которая ухудшает качество электрической энергии.

Резистор и напряжение 110 кВ и выше: как исполнена нулевая точка?

Эффективное заземление – это особый вид нулевого проводника, присоединенного к специализированному оборудования, который применяется в электроустановках выше 1 кВ. Для распределительных сетей используется вариант с заземлением через низкоомные резисторы, которые обеспечивают отключение линии при однофазном замыкании на землю без выдержки времени.

Линии высокого напряжения 110 кВ и выше также используют представленный тип нейтрали, что обеспечивает быстроту срабатывания защит. Для повышения чувствительности работы «релейки» у каждого силового трансформатора имеется специальное оборудование ЗОН. Одноколонковый заземлитель нейтрали обеспечивает также защиту от перегруза.

Заземление через низкоомные резисторы

Использование низкоомных резисторов считается идеальным решением в плане безопасности людей в распределительных сетях, а также в вопросах сохранения изоляции кабельных линий. Реализация защит предполагает выведение нулевой точки на специализированное оборудование, которое обладает меньшим омическим сопротивлением и дает сигнал на отключение линии. Фидер отключается с минимальной выдержкой времени, что является одним из достоинств. К прочим необходимо отнести:

• Первое, это нейтраль, которая при появление «земли» точно определяет поврежденное направление и отключает требуемую линию.
• Второе: нет необходимости в дополнительных расчетах и составлении режимных карт при ограниченных возможностях кольцевания распределительных сетей.

Важными недостатками такого типа заземления:

1. Не эффективен при больших токах замыкания на землю, так как появляются проблемы на подстанциях, где установлены низкоомные резисторы.
2. Низкая эффективность на ВЛ, а также на линиях большой протяженности. В первом случае малейшее приближение веток деревьев станет причиной отключения фидера. Особенно актуально с потребителями 1 особой, 1 и 2 категории.
3. Лишние отключения, которые возникают из-за неправильного срабатывания защит (отсутствие АПВ), предполагает простои в потреблении, материальные потери энергоснабжающей организации.

Глухое заземление силовых трансформаторов на землю

Все, что связано с распределительной сетью 0,4 кВ – это нейтраль с глухим заземлением на землю. Представленному типу отводится особое место и роль в плане безопасности. При появлении короткого замыкания на землю срабатывает защита, в частности, перегорают ПН-2 или отключается автомат. Относительно такой сети разрабатываются и защиты для проводки в домах и квартирах. Ярким примером является действие УЗО, обеспечивающее выявление токов утечки.

Основными преимуществами такого типа нейтрали считаются:

1. Идеально подходит для распределения электрической энергии, обеспечивает работоспособность бытового и специализированного однофазного/трехфазного оборудования.
2. Схема защиты не требует специализированного и дорогого оборудования. Технические средства по типу предохранителей или автоматов легко справляются с глухим замыканием на землю.

К недостаткам относится:

1. Защиты нечувствительны при дальнем КЗ. Необходимо точный расчет омического сопротивления петли фазы-нуль и правильный выбор автоматов или предохранителей.
2. Срабатывания не возникает при отсутствии замыкания на землю. Это представляет опасность для человека, что корректируется через использование изолированных проводов.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются:

1. Основное преимущество связывается с назначением оборудования. Высокая степень защиты изоляции кабельных линий при правильной подстройке.

Недостатками сети с таким типом нейтрали считаются:

1. Трудность настройки. Может возникнуть недокомпенсация или перекомпенсация, что не позволит правильно использовать оборудование. Для выстраивания необходим расчет индуктивности токов в зависимости от длины линии, мощности трансформаторов. В случае изменения схемы или добавления энергооборудования, плунжерные трансформаторы не всегда справляются с поставленными задачами.
2. Неправильно настроенное оборудование и высокий износ кабельных линий приводит к цепной реакции, которая предполагает выход из строя нескольких слабых участков сети.
3. Повышение технических потерь, которые возникают во время работы, а также проблемы безопасности. Компенсация тока на подстанции реализовывается относительно земли.
4. Невозможность определения линии, где произошло замыкание. Процесс выбора фидера с «землей» осуществляется через сравнение токов гармоник, что не всегда считается эффективным средством получения достоверной информации.

Нулевой проводник и дугогасящая катушка, реактор

Разница резонансно-заземленной нейтрали связывается с используемым оборудованием. Как отмечалось выше, нулевая точка может располагаться на дугогасящей катушке плунжерного типа или на регулируемом реакторе. Основные отличия связываются со следующими моментами:

1. ДГК предполагает компенсацию через отстроенную систему плунжерных трансформаторов. Настройка реализована через расчеты реальной сети службой релейной защиты. При возникновении замыкания на землю происходит компенсация токов, основанная на индуктивности. Процесс не регулируется и не подстраивается, что является неприятным моментом в случае появления «земли» в нескольких точках разных линий.
2. ДГР – более современное оборудование, которое предполагает использование автоматических систем определения индуктивности сети. Среди популярных вариантов считаются реакторы типа «РУОМ» с подстройкой «САМУР». Реализация опроса выполняется в реальном времени, что обеспечивает работоспособность даже при нескольких повреждениях с замыканием на землю.

Неважно глухозаземлена нейтраль или изолирована, применение каждого типа найдет место в современной электроэнергетике. А знание особенностей позволит разобраться с физической сущностью вопроса.

fb.ru

Эффективно заземлённая нейтраль — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Эффективно заземлённая нейтраль — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (1 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Иначе говоря, при замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью напряжение между землёй и неповреждёнными фазами возрастает до линейного — примерно в 1,73 раза; в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжение на неповреждённых фазах относительно земли возрастёт не более чем в 1,4 раза. Это особенно важно для сетей высокого напряжения, что уменьшает количество изоляции при изготовлении сетей и аппаратов, удешевляя их производство. Согласно рекомендации МЭК к сетям с эффективно-заземлённой нейтралью относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В СССР и России сети с эффективно-заземлённой нейтралью — это сети напряжением 110 кВ и выше^[1].

• Возникновение больших токов короткого замыкания (к.з.) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты. Большинство коротких замыканий на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустранимым и электроснабжение обычно восстанавливается АПВ.
• Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.
• Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з. Для устранения этого вводят режим частично разземлённых нейтралей трансформаторов (часть трансформаторов 110-220 кВ работают с изолированной нейтралью: нулевые выводы трансформаторов присоединяются через разъединители, которые находятся в отключённом состоянии). Ещё одним из способов ограничения тока к.з. на землю-это заземление нейтралей трансформаторов через активные токоограничивающие сопротивления.

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали[править | править код]

Согласно ПТЭЭП^[2] максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т.н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

• Правила устройства электроустановок М., Энергоатомиздат, 1987 г.

ru.wikipedia.org