Размещено на http://www.allbest.ru/

1 Режими роботи нейтралі в електроустановках

Нейтраллю електроустановок називають спільні точки обмотки генераторів і трансформаторів, з'єднані в зірку.

Вид зв'язку нейтралей машин і трансформаторів із землею в значній мірі визначає рівень ізоляції електроустановок і вибір комутаційної апаратури, значення перенапруг і способи їхнього обмеження, струми однофазних замиканнях на землю, умови роботи релейного захисту й безпеки в електричних мережах. Електромагнітний вплив на лінії зв'язку й т.д.

Залежно від режиму нейтралі електричні мережі розділяють на чотири групи:

1) мережі з незаземленими (ізольованими) нейтралями;

мережі з резонансно-заземленими (компенсованими) нейтралями;

мережі з ефективно-заземленими нейтралями;

мережі із глухо-заземленими нейтралями.

В Україні до першої й другої груп відносяться мережі напругою 3-35 кВ, нейтралі трансформаторів або генераторів яких ізольовані від землі або заземлені через заземлюючі реактори.

Мережі з ефективно-заземленими нейтралями застосовують на напругу вище 1 кВ. У них коефіцієнт замикання на землю не перевищує 1,4. Коефіцієнтом замикання на землю називають відношення різниці потенціалів між неушкодженою фазою й землею в точці замикання на землю ушкодженої фази до різниці потенціалів між фазою й землею в цій точці до замикання. Відповідно до рекомендацій Міжнародного електротехнічного комітету (МЕК) до ефективно-заземлених мереж відносять мережі високої й надвисокої напруги, нейтралі яких з'єднані із землею безпосередньо або через невеликий активний опір. В Україні до цієї групи відносяться мережі напругою 110 кВ і вище.

До четвертої групи відносяться мережі напругою 220, 380 і 660 В.

Режим роботи нейтралі визначає струм замикання на землю. Мережі, у яких струм однофазного замикання на землю менш 500 А, називають мережами з малими струмами замикання на землю (в основному це мережі з незаземленими й резонансно-заземленими нейтралями). Струми більше 500 А відповідають мережам з більшими струмами замикання на землю (це мережі з ефективно-заземленими нейтралями).

2 Трифазні мережі з незаземленими (ізольованими) нейтралями

У мережах з незаземленими нейтралями струми при однофазному замиканні на землю протікають через розподілені ємності фаз, які для спрощення аналізу процесу умовно заміняють ємностями, зосередженими в середині ліній (мал. 3.1). Міжфазні ємності при цьому не розглядаються, тому що при однофазних ушкодженнях їхній вплив на струми в землі не позначається.

Размещено на http://www.allbest.ru/

У нормальному режимі роботи напруги фаз мережі щодо землі (U_A,U_B, U_C) симетричні й дорівнюють фазній напрузі, а ємнісні (зарядні) струми фаз відносно землі також симетричні й рівні між собою (мал. 1).

Ємнісний струм фази

де С - ємність фази щодо землі.

Геометрична сума ємнісних струмів трьох фаз дорівнює нулю. Ємнісний струм нормального режиму в одній фазі в сучасних мережах з незаземленою нейтраллю, як правило, не перевищує декількох амперів і практично не впливає на завантаження генераторів.

У випадку металевого замикання на землю в одній точці напруги неушкоджених фаз відносно землі зростають в раз і стають рівними між фазній напрузі. Наприклад, при замиканні на землю фази А (мал.2) поверхня землі в точці ушкодження здобуває потенціал цієї фази, а напруги фаз В и С відносно землі стають відповідно рівними між фазним напругам

Ємнісні струми неушкоджених фаз В и С також збільшуються відповідно із збільшенням напруги в раз. Струм на землю фази А, обумовлений її власною ємністю, буде дорівнювати нулю, тому що ця ємність виявляється закороченою.



Для струму в місці ушкодження можна записати

тобто геометрична сума векторів ємнісних струмів неушкоджених фаз визначає вектор струму через місце ушкодження. Струм I_C виявляється в 3 рази більше, ніж ємнісний струм фази в нормальному режимі

Згідно (3.3) струм I_C залежить від напруги мережі, частоти і ємності фаз відносно землі, що залежить в основному від конструкції ліній мережі і їхніх довжин.

Приблизно струм I_C , А, можна визначити по наступних формулах:

для повітряних мереж

для кабельних мереж

де U -- між фазна напруга, кВ; l -- довжина електрично зв'язаної мережі даної напруги, км.

У випадку замикання на землю через перехідний опір напруга ушкодженої фази відносно землі буде більше нуля, але менше фазної, а неушкоджених фаз - більше фазної, але менше лінійної. Менше буде й струм замикання на землю.

При однофазних замиканнях на землю в мережах з незаземленою нейтраллю трикутник лінійних напруг не спотворюється, тому споживачі, включені на між фазні напруги, продовжують працювати нормально.

Внаслідок того що при замиканні на землю напруга неушкоджених фаз щодо землі збільшується в раз у порівнянні з нормальним значенням, ізоляція в мережах з незаземленою нейтраллю повинна бути розрахована на між фазну напругу. Це обмежує область використання цього режиму роботи нейтралі мережами з напругою 35 кВ і нижче, де вартість ізоляції електроустановок не є визначальною й деяке її збільшення компенсується підвищеною надійністю живлення споживачів, якщо врахувати, що однофазні замикання на землю становлять у середньому до 65% всіх порушень ізоляції.

У той же час необхідно відзначити, що при роботі мережі із замкнутою на землю фазою стає більше ймовірним ушкодження ізоляції іншої фази й виникнення між фазного короткого замикання через землю (мал.4.2). Друга точка замикання може перебувати на іншій ділянці електрично зв'язаної мережі. Таким чином, коротке замикання торкнеться кілька ділянок мережі, викликаючи їхнє відключення. Наприклад, у випадку, показаному на мал. 3.3, можуть відключитися відразу дві лінії. У зв'язку з викладеним, у мережах з незаземленими нейтралями обов'язково передбачають спеціальні сигнальні пристрої, що сповіщають персонал про виникнення однофазних замикань на землю.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Так, на (мал. 4,) показаний спосіб контролю ізоляції в мережі з незаземленою нейтраллю. Пристрої контролю підключаються до мережі через вимірювальний трансформатор напруги типу НТМИ або через групу однофазних трансформаторів типу ЗИОМ.

Вторинні обмотки вимірювальних трансформаторів (мал. 4) з'єднуються по схемах: одна (I) -- зірка, друга (II) - розімкнутий трикутник. Обмотка I дозволяє вимірювати напруги всіх фаз, обмотка II призначена для контролю геометричної суми напруг всіх фаз.

Нормально на затискачах обмотки II напруга дорівнює нулю, оскільки дорівнює нулю геометрична сума фазних напруг всіх трьох фаз у мережі з незаземленою нейтраллю. При металевому замиканні однієї фази в мережі первинної напруги на землю на затискачах обмотки II з'являється напруга, рівна геометричній сумі напруг двох неушкоджених фаз (мал. 2) Число витків обмотки II підбирається так, щоб напруга на її виводах при металевому замиканні фази первинної мережі на землю рівнялося 100 В. При замиканні на землю через перехідний опір напруга на обмотці II залежно від опору в місці замикання буде 0--100 В.

Реле напруги, що підключається до обмотки II, буде при відповідному настроюванні реагувати на ушкодження ізоляції первинної мережі й пускати в хід сигнальні пристрої (дзвінок, табло).

Персонал електроустановки може проконтролювати напругу небалансу (вольтметром V₂) і встановити ушкоджену фазу (вольтметром V₁). Напруга в ушкодженій фазі буде найменшою.

Мал.4. Пристрій для виявлення замикань на землю

нейтраль заземлення електроустановка мережа

Пошук місця замикання на землю після одержання сигналу повинен починатися негайно, і ушкодження повинне усуватися в найкоротший строк. Припустима тривалість роботи із заземленою фазою визначається Правилами технічної експлуатації (ПТЕ) і в більшості випадків не повинна перевищувати 2 годин.

Більш небезпечне 1-о фазне замикання на землю через дугу, тому що дуга може ушкодити устаткування й викликати 2-х або 3-х фазне КЗ (останнє спостерігається при однофазних замиканнях на землю однієї з жил трифазного кабелю). Особливо небезпечні дуги усередині машин і апаратів, що виникають при однофазних замиканнях на заземлені корпуси або сердечники.

За певних умов у місці замикання на землю може виникати так звана перемежована дуга, тобто дуга, що періодично гасне й запалюється знову. Перемежована дуга супроводжується виникненням перенапруг на фазах щодо землі, які можуть досягати 3,5 U_Ф. Ці перенапруги поширюються на всю електрично зв'язану мережу, у результаті чого можливі пробої ізоляції й утворення КЗ у частинах установки з ослабленою ізоляцією.

Найбільш імовірне виникнення перемежованих дуг при ємнісному струмі замикання на землю більше 5-10 А, причому небезпека дугових перенапруг для ізоляції зростає зі збільшенням напруги мережі. Припустимі значення струму нормуються й не повинні перевищувати наступних значень:

Таблиця.1

Напруга мережі, кВ	3-6	10	15-20	35
Ємнісний струм замикання на землю, А.	30	20	15	10

У мережах 3--20 кВ, що мають лінії на залізобетонних і металевих опорах, допускається I_C не більше 10 А. У блокових схемах генератор - трансформатор на генераторній напрузі ємнісний струм не повинен перевищувати 5 А.

Робота мережі з незаземленою (ізольованою) нейтраллю застосовується й при напрузі до 1 кВ. При цьому основні властивості мереж з незаземленою нейтраллю зберігаються й при цій напрузі. Крім того, ці мережі забезпечують високий рівень електробезпечності і їх варто застосовувати для пересувних установок, торф'яних розробок і шахт. Для захисту від небезпеки, що виникає при пробої ізоляції між обмотками вищої й нижчої напруг, у нейтралі або фазі кожного трансформатора встановлюється пробивний запобіжник.

3 Трифазні мережі з резонансно- заземленими (компенсованими) нейтралями

У мережах 3-35 кВ у СНД для зменшення струму замикання на землю з метою задоволення зазначених вище норм застосовується заземлення нейтралей через дугогасні реактори.

У нормальному режимі роботи струм через реактор практично дорівнює нулю. При повному замиканні на землю однієї фази дугогасний реактор виявляється під фазною напругою й через місце замикання на землю протікає поряд з ємнісним струмом I_C також індуктивний струм реактора I_L (мал.5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тому що індуктивний і ємнісний струми відрізняються по фазі на кут 180°, то в місці замикання на землю вони компенсують один одного.

Якщо I_C = I_L (резонанс), то через місце замикання на землю струм протікати не буде. Завдяки цьому дуга в місці ушкодження не виникає й усуваються пов'язані з нею небезпечні наслідки.

Сумарна потужність дугогасних реакторів для мереж визначається з виразу

де n - коефіцієнт, що враховує розвиток мережі; орієнтовно можна прийняти n = 1,25; I_C - повний струм замикання на землю, А; U_Ф -фазна напруга мережі, кВ.

За розрахованим значенням Q у каталозі підбираються реактори необхідної номінальної потужності. При цьому необхідно враховувати, що регулювальний діапазон реакторів повинен бути достатнім для забезпечення можливо більш повної компенсації ємнісного струму при ймовірних змінах схеми мережі (наприклад, при відключенні ліній і т.п.).

При I_C >50 А встановлюють два дугогасних реактори із сумарною потужністю по формулі (3).

У СНД застосовують дугогасні реактори різних типів. Найпоширеніші реактори типу РЗДСОМ (мал.6,а) потужністю до 1520 кВА на напругу до 35 кВ із діапазоном регулювання 1:2. Обмотки цих реакторів розташовуються на складеному магнітопроводі з повітряними зазорами, що чергуються, і мають відпайки для регулювання струму компенсації. Реактори мають масляне охолодження.

Більш точно, плавно й автоматично можна робити настроювання компенсації в реакторах РЗДПОМ, індуктивність яких змінюється зі зміною немагнітного зазору в сердечнику (мал.6,б) або шляхом підмагнічування сталі магнітопровода від джерела постійного струму.

Дугогасні реактори повинні встановлюватися на вузлових живильних підстанціях, пов'язаних з компенсованою мережею не менш чим трьома лініями. При компенсації мереж генераторної напруги реактори розташовують звичайно поблизу генераторів. Найбільш характерні способи приєднання дугогасних реакторів показані на мал. 7.



Мал.6 Пристрій дугогасних реакторів:

а - типу РЗДСОМ, б - типу РЗДПОМ

На мал.7,а показані два дугогасні реактори, підключені у нейтралі трансформаторів підстанції, на мал. 7,б - реактор, підключений до нейтралі генератора, що працює в блоці із трансформатором. У схемі на мал.7,у показане підключення дугогасного реактора до нейтралі одного із двох генераторів, що працюють на загальні збірні шини. Слід зазначити, що при цьому ланцюг підключення реактора повинен проходити через вікно сердечника трансформатора струму нульової послідовності (ТНП), що необхідно для забезпечення правильної роботи захисту генератора від замикань на землю.

При підключенні дугогасних реакторів через спеціальні трансформатори й трансформатори власних потреб, по потужності порівнюють з потужністю реакторів, необхідно враховувати їхній взаємний вплив.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мал. 7. Схеми приєднання дугогасних реакторів

У першу чергу цей вплив позначається в зменшенні дійсного струму компенсації в порівнянні з номінальним через наявність послідовно включеного з реактором опору обмоток трансформатора

де I_ном.р - номінальний струм дугогасного реактора; u_K % -- напруга КЗ трансформатора; S_ном.т - номінальна потужність трансформатора.

Особливо різко обмежуюча дія обмоток трансформатора позначається при використанні схеми з'єднання обмоток зірка - зірка, тому що при однофазних замиканнях на землю індуктивний опір у них приблизно в 10 разів більше, ніж при між фазних КЗ. Із цієї причини для підключення реакторів переважають трансформатори зі схемою з'єднання обмоток зірка-трикутник

У свою чергу наявність дугогасного реактора в нейтралі трансформатора обумовлює при однофазних замиканнях на землю додаткове навантаження на його обмотки, що приводить до підвищеного нагрівання. Це особливо важливо враховувати при використанні для підключення реактора трансформаторів, що мають навантаження на стороні нижчої напруги, наприклад трансформаторів власних потреб електростанцій і підстанцій. Припустима потужність реактора, що підключається до навантаженого трансформатора, визначається з виразу

Де S_ном.т - номінальна потужність трансформатора; S_mex - максимальна потужність навантаження.

Вираз (3.8) справедливий з обліком того, що значення cos ц навантаження звичайно близько до одиниці, а активний опір реактора малий.

З урахуванням перевантаження трансформатора, припустимої на час роботи мережі із заземленою фазою й обумовленої коефіцієнтом перевантажувальної здатності k_пер, припустима потужність реактора, що підключається до даного трансформатора, дорівнює

При підключенні реактора до спеціального ненавантаженого трансформатора необхідно витримати умову (якщо перевантаження трансформатора припустиме).

У мережах з резонансно- заземленою (компенсованої) нейтраллю, так само як і в мережах з незаземленими нейтралями, допускається тимчасова робота із замкнутої на землю фазою доти, поки не представиться можливість зробити необхідні перемикання для відділення ушкодженої ділянки.

При цьому варто враховувати також припустимий час тривалої роботи реактора 6 г.

Наявність дугогасних реакторів особливо потрібно при короткочасних замиканнях на землю, тому що при цьому дуга в місці замикання гасне й лінія не відключається. У мережах з нейтралями, заземленими через дугогасний реактор, при однофазних замиканнях на землю напруги двох неушкоджених фаз щодо землі збільшуються в раз, тобто до між фазної напруги. Отже, по своїх основних властивостях ці мережі аналогічні мережам з незаземленими (ізольованими) нейтралями.

4 Трифазні мережі з ефективно-заземленими нейтралями

У мережах 110 кВ і вище визначальним у виборі способу заземлення нейтралей є фактор вартості ізоляції. Тут застосовується ефективне заземлення нейтралей, при якому під час однофазних замикань напруга на неушкоджених фазах щодо землі дорівнює приблизно 0,8 між фазної напруги в нормальному режимі роботи. Це основна перевага такого способу заземлення нейтралі.

Однак розглянутий режим нейтралі має й ряд недоліків. Так, при замиканні однієї фази на землю утвориться короткозамкнений контур через землю й нейтраль джерела з малим опором, до якого прикладена ЕРС фази (мал. 8). Виникає режим КЗ, що супроводжується протіканням більших струмів. Щоб уникнути ушкодження устаткування тривале протікання більших струмів неприпустимо, тому КЗ швидко відключаються релейним захистом. Правда, значна частина однофазних ушкоджень в електричних мережах напругою 11О кВ і вище відноситься до самоусувних, тобто зникаючої після зняття напруги. У таких випадках ефективні пристрої автоматичного повторного включення (АПВ), які, діючи після роботи пристроїв релейного захисту, відновлюють живлення споживачів за мінімальний час. Другий недолік - значне подорожчання виконуваного в розподільних пристроях контуру заземлення, що повинен відвести на землю більші струми КЗ і тому являє собою в цьому випадку складне інженерне спорудження.

Третій недолік - значний струм однофазного КЗ, що при великій кількості заземлених нейтралей трансформаторів, а також у мережах з автотрансформаторами може перевищувати струми трифазного КЗ. Для зменшення струмів однофазного КЗ застосовують, якщо це можливо й ефективно, часткове розземлення нейтралей (в основному в мережах 110-220 кВ). Можливе застосування для тих же цілей струмообмежуючих опорів, що включаються в нейтралі трансформаторів.

5 Мережі із глухо-заземленими нейтралями

Такі мережі застосовуються на напругу до 1 кВ для одночасного живлення трифазних і однофазних навантажень, що включаються на фазні напруги (мал. 3.9). У них нейтраль трансформатора або генератора приєднується до заземлюючого пристрою безпосередньо або через малий опір (наприклад, через трансформатор струму). Для фіксації фазної напруги при наявності однофазних навантажень застосовують нульовий провідник, пов'язаний з нейтраллю трансформатора (генератора). Цей провідник служить для виконання також і функції занулення, тобто до нього навмисно приєднують металеві частини електроустановок, що нормально не перебувають під напругою. При наявності занулення пробій ізоляції на корпус викличе однофазне КЗ і спрацьовування захисту з відключенням установки від мережі. При відсутності занулення корпуса ушкодження ізоляції викличе небезпечний потенціал на корпусі. Цілість нульового провідника потрібно контролювати, тому що його випадковий розрив може викликати перекіс напруг по фазах (зниження його на завантажених фазах і підвищення на незавантажених). Може бути прийняте при необхідності роздільне виконання нульового захисного й нульового робочого провідників.

Мал. 9. Трифазна чотирьох-провідна мережа із глухо-заземленою нейтраллю

Мережі із глухо-заземленою нейтраллю мають такі властивості.

а) Забезпечується селективне швидке відключення ушкодження за допомогою плавких запобіжників і автоматичних вимикачів з розгалуженням у трьох фазах (час відключення звичайно не перевищує 0,1 с);

б) Значення потенціалу на корпусі, що приєднаний до нульового проводу, у випадку замикання на корпус залежить від опору нульового проводу й розміщення заземлювачів по довжині лінії; звичайно цей потенціал значно менше за фазну напругу, і в добавок безпека дотику до таких металевих частин устаткування забезпечує короткочасність струму, що може перетікати людиною; значне зниження потенціалу до безпечного значення забезпечить незалежне захисне заземлення устаткування;

в) У випадку пробою ізоляції трансформатора з боку обмотки вищої напруги на обмотку нижчої напруги персонал буде захищений від небезпечних напруг, оскільки обмотка нижчої напруги заземлена;

г) Більшу небезпеку для людини представляє випадкове доторкання до фазного проводу. Ця людина буде включена у ланцюг з фазною напругою послідовно з відносно невеликим опором заземлюючого пристрою й опором під ступнями (взуття, підлога, верхній шар землі), що при несприятливих умовах може бути малим. Головною обтяженою умовою, що відрізняє цю ситуацію від доторкання до занулених (заземлених) корпусів електроустаткування, є тривалість протікання струму через людину. Така людина не має можливості самостійно вивільнитися від проводу внаслідок судорожного скорочення м'язів руки. Якщо такий ланцюг негайно не виключити (автоматичного відключення бути не може) і не надати потерпілому необхідну допомогу, то летальний результат є найбільш можливим. Єдиним засобом виключити такі випадки є суворе дотримання Правил техніки безпеки, які категорично забороняють роботу в електроустановках і мережах під напругою.

6 Мережі з резистивним заземленням нейтралі

Більше ефективним для зниження рівня аварійності розподільних мереж виявляється високоомне заземлення нейтралі. Основна мета високоомного заземлення нейтралі: зменшення перенапруг при дугових ОЗЗ й імовірності ферорезонансних процесів при ОЗЗ, а також створення сприятливих умов для надійного функціонування пристроїв автоматики РЗ. Для цього опір резистора в нейтралі вибирається з умови

При такому виборі величини час стікання надлишкового заряду з ємностей фаз на землю після обриву дуги струму ОЗЗ становить близько 0,5 періоду промислової частоти (10мс). При цьому перенапруги на непошкоджених фазах, які супроводжують кожен пробій, не перевищують значення при першому пробої ізоляції, тобто (2,4...2,5)

Що стосується низькоомного заземлення нейтралі мережі, то його метою є подальше (до 2,2) зменшення перехідних перенапруг на непошкоджених фазах при пробоях ізоляції, виключення можливості появи перекидного дугового замикання; забезпечення надійної роботи простих струмових захистів НП.

До недоліків низькоомного заземлення відноситься неможливість роботи мережі з ОЗЗ (захист повинен діяти тільки на відключення); збільшення (до моменту спрацьовування РЗ) струму в місці ушкодження; посилення вимог до величини опору заземлюючих пристроїв; збільшення кількості відключень мережі, що при недостатній автоматизації й резервуванні може привести до певних втрат. За даними Міжнародного симпозіуму з питань режимів нейтралі в мережах середньої напруги в Європейських країнах рідко зустрічаються випадки експлуатації вищезгаданих мереж з ізольованої нейтраллю.

Учені вважають, що нейтраль мережі з малими струмами однофазного замикання на землю повинна бути заземлена через високоомнийрезистор, обраний за умовою рівності ємнісного й активного струмів для зменшення кратності дугових перенапруг і кількості повторних ОЗЗ у мережі й зниження ризику виникнення ушкоджень в багатьох точках.

Резистор, як правило, досить ефективно придушує ферорезонансні перенапруги, сприяє ліквідації багаторазових надструмів в обмотках вимірювальних ТН, обмежуючи тим самим обсяг їхнього термічного ушкодження.

Нейтралі генераторів електростанцій, які включені за блоковою схемою, повинні мати високоомнезаземлення нейтралі.

Високоомні резистори, забезпечуючи відповідний захист від перенапруг, не погіршують умови гасіння дуги й активний струм, що виникає при цьому, виявляється достатнім для селективної роботи простого струмового захисту, що може діяти як на сигнал, так і на вимикання залежно від умов забезпечення надійності й безпеки електропостачання.

Резистор (опір) приєднується довільно між нейтраллю й землею.



Мал.10.Заземлення нейтралі до якої є доступ: резистор між нейтраллю та землею

Технологія використання

У такій схемі повний опір резистора обмежує струм замикання на землю I_k1 ,забезпечуючи гарні придушення перенапруг.

Але в цьому випадку захист повинен включатися автоматично для усунення першого ушкодження. Для мереж живлення обертових машин визначається значення опору, щоб одержати струм Ik1 від 15 до 50 А. Але при цьому необхідно , щоб цей слабкий струм становив IRN >2IC (де IC - повний ємнісний струм мережі) з метою скорочення комутаційних перенапруг і полегшення визначення значень струму.

Для розподільних мереж приймаються більш високі значення струму (100-300 А), які легше визначати і які забезпечують придушення імпульсів грозової перенапруги.

Переваги методу

- дана схема являє собою вдалий варіант компромісного рішення між можливістю забезпечити слабкий струм ушкодження й гарні придушення перенапруг.

- при використанні даного методу не потрібне застосування встаткування з рівнем ізоляції між фазою й землею, розрахованим на лінійну напругу.

- застосовується проста організація селективного захисту й обмеження по струму.

Недоліки методу

- безперебійність роботи ушкодженого фідера, що відходить, порушується, оскільки у випадку замикання на землю це ушкодження повинне бути негайно усунуте (відключення при першому ушкодженні).

- вартість витрат на установку резистора заземлення зростає залежно від величини напруги й обмежень по струму.

Методика заземлення нейтралі

- якщо є доступ до нейтралі мережі (обмотки з'єднані «зіркою» і мають виведену нейтраль), резистор заземлення приєднується або між нейтраллю й землею (мал.3.10), або через однофазний трансформатор, з'єднаний із вторинною обмоткою через еквівалентний опір (мал.3.11)

Мал.11. Заземлення нейтралі до якої є доступ: резистор приєднується до вторинної обмотки 1-о фазного трансформатора і землею

- якщо немає доступу до нейтралі (обмотка, з'єднана трикутником) або у випадку коли це потрібно у відповідності зі схемою організації захисту, створюється штучна нейтраль за допомогою генератора напруги нульової послідовності, що підключена до збірних шин; нейтраль приєднується через спеціальний трансформатор з дуже слабким реактивним опором нульової послідовності:

1. трансформатор із з'єднанням «зірка-трикутник», у якого нейтраль первинної обмотки глухо заземлена, а «трикутник» замкнутий на обмежувальний резистор (потрібна ізоляція по низькій напрузі при найменших витратах на її забезпечення )(див. мал.12)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мал.12. Заземлення нейтралі до якої не має доступу:обмежувальний резистор приєднується до вторинної обмотки

2. трансформатор із з'єднанням «зірка -трикутник» з обмежувальним резистором (ізоляція по високій напрузі), установленим між нейтраллю первинної обмотки й землею, і із замкнутим на себе «трикутником»; цей варіант використовується рідше (див. мал.12)

Мал.13. Заземлення нейтралі до якої не має доступу:обмежувальний резистор приєднується до первинної обмотк

Захист

Для виявлення слабкого струму ушкодження Ik1 потрібне використання захистів, відмінних від функцій захисту по струму перевантаження у фазах (див. мал. 14)

Мал.14.Схема організації захисту від замикання на землю

За допомогою цих захистів від замикань на землю забезпечується виявлення струму ушкодження:

- або безпосередньо в з'єднанні нейтралі із землею 1,

- або в мережі шляхом виміру векторної суми трьох струмів,

За допомогою трьох датчиків фазного струму, приєднаних до захистів 2,

або за допомогою тора 3; краще використання цього варіанта: більш точний вимір.

Регулювання установки захисту виробляється відповідно до розрахункового

значення струму ушкодження Ik1 без обліку повного опору нульової послідовності джерела й з'єднання відносно RN і з обліком двох наступних регулювань:

- регулювання: >1,3 рази ємнісного струму мереж з боку захисту;

- регулювання: порядку 10-20% від максимального струму замикання на землю.

Крім того , при визначенні струму ушкодження за допомогою трьох трансформаторів струму (ТС) діапазон регулювань перебуває, при використанні дійсної методики, у межах від 5 до 30% номінального струму ТС, з урахуванням погрішності, зв'язаної;

- с асиметрією перехідних струмів;

- с насиченням ТС;

- с розкидом значень параметрів.

Застосування

Даний спосіб заземлення нейтралі застосовується в мережах середньої напруги комунального й промислового електропостачання.

Обмеженню рівнів струмів однофазного КЗ приділяється велика увага. Тенденція видачі потужності електростанцій в мережі 220 кВ і вище, коли необхідно заземлювати нейтралі блочних трансформаторів, а також використання автотрансформаторів, які працюють з заземленою нейтраллю, приводить до того, що в мережах енергосистем нерідко створюються умови, коли струм однофазного КЗ I_К⁽¹⁾ перевищує струм трьохфазного I_К⁽³⁾. Ця обставина примушує первіряти комутаційну здатність вимикачів по I_К⁽¹⁾ і навантажує умови їх роботи, оскільки однофазне КЗ виникає значно частіше ( в 40 и більше разів ), ніж трьохфазні.

Обмеження струмів КЗ можна забезпечити включенням в нейтралі (авто)трансформаторів резисторів. В мрежі 220 кВ і вище обмеження струмів однофазного КЗ забезпечується включенням в нейтралі (авто)трансформаторів резисторів.

7 Дослідження ефективності заземлення нейтралей автотрансформаторів через резистор (Неклепаєв Б.М.)

Для обмеження струмів однофазного КЗ в найбільш проблемних вузлах (п'яти великих підстанціях і однієї електростанції) в нейтралі автотрансформаторів (АТ)500/110 и 500/220 кВ більше 10 років тому було встановлено 12 струмообмежувальних резисторів з активними опорами r_P приведеними в таблиці 3.2. В таблиці розраховані струми КЗ в електричній схемі мережі на максимум навантаження дано в іменованих одиницях у випадках, коли в нейтралі включено резистори (опір нейтралі Z_N=r_P) і при глухо-заземлених нейтралях (Z_N=0); окремо від сумарних (тобто на шинах 110-500 кВ) значень струмів трьох- і однофазних КЗ (I_КУ⁽³⁾, I_КУ⁽¹⁾) додатково виділені струми однофазних КЗ в витках 110-500 кВ автотрансформаторів I_К.В⁽¹⁾ (Z_N=x_P) і I_К.В⁽¹⁾ (Z_N=0). Для оцінки струмообмежувального ефекту потрібні значення струмів приведені у відносних одиницях або процентах (табл.3.3).

В таблиці 3.3 I_КУ*⁽¹⁾ (Z_N=x_P) і I_КУ*⁽¹⁾ (Z_N=0) - це I_КУ⁽¹⁾ (Z_N=x_P) і I_КУ⁽¹⁾ (Z_N=0) з таблиці 3.2, у відношенні до відповідних I_КУ⁽³⁾ . Вибір в якості базисного значення I_КУ⁽³⁾ дає можливість не тільки оцінити ефект струмообмеження при введенні в нейтраль опору , але і дає при цьому співвідношення рівнів струмів однофазних і троьхфазних КЗ в розрахункових вузлах мережі.

Проаналізуємо отримані дані. З таблиці 3.3 слідує, що для кожної окремо взятої вітки автотрансформатора ефект струмообмеження досягає приблизно 40,30 і 15 % при напрузі 110,220, і 500 кВ відповідно. Тому, даний факт вводить в оману спеціалістів про високу ефективність установлення в нейтралях опорів. Насправді ж, доля обмеження в вітках в сумарному струмі КЗ (тобто з урахуванням реальних параметрів зовнішньої мережі), по якому і проводиться вибір і перевірка комутаційних апаратів, виявляється не дуже помітною. При цьому необхідно розглядати не тільки загальне, але й нормовано-необхідне струмообмеження. При умові I_К⁽¹⁾ > I_К⁽³⁾ під нормовано-необхідним струмообмеженням, рівним (1- I_К⁽³⁾/ I_К⁽¹⁾)100, %, розуміємо зниження струму однофазного КЗ до тих пір, поки не буде досягнута межа зони, в якій розрахунковим видом стає не однофазне, а трьохфазне КЗ, так як I_К⁽³⁾ = I_К⁽¹⁾ . Очевидно, що нормовано-необхідне струмообмеження дорівнює нулю, якщо при глухо-заземлених нейтралях I_К⁽³⁾ ? I_К⁽¹⁾ (включення в нейтралі опорів приведе до надлишкового струмообмеження з позиції вибору номінальних параметрів комутаційного обладнання). Нарешті, загальне струмообмеження дорівнює нормовано-необхідному, якщо навіть при включенні в нейтралі опорів виявляється, що I_К⁽¹⁾ > I_К⁽³⁾ .

Висновок

Зараз широко застосовується система ізольованої нейтралі мереж 6 - 35 кВ (без компенсації й з компенсацією ємнісних струмів), що по своїй фізичній сутності володіє рядом принципових недоліків, пов'язаних з режимом ОЗЗ. Основні з них - це різного роду перенапруги й підвищена небезпека ураження людей і тварин електричним струмом.

У зв'язку із цим необхідно найближчим часом провести модернізацію системи заземлення нейтралі мереж 6 - 35 кВ на основі останніх досягнень науки й техніки в даній області. Принципова можливість такої модернізації - це перехід на резистивну систему заземлення нейтралі. Резистивна система заземлення нейтралі мереж 6-35 кВ забезпечує зниження рівня дугових перенапруг, селективне виявлення ушкодженого приєднання, його швидке відключення й поліпшення умов електробезпеки.

Размещено на Allbest.ru