Нейтральные режимы работы в электрических сетях - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Обратите внимание, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с заземленной нейтралью. Изоляция обмотки WN автотрансформатора основана на типичном значении мощности, которое ниже номинальной мощности, и поэтому уровень изоляции снижен. Это фактически является экономическим преимуществом автотрансформатора перед трансформатором.

Содержание

Нейтральные режимы в электрических сетях

Производство, преобразование, транспортировка, распределение и потребление электроэнергии основаны на симметричной трехфазной системе проводников. Симметрия системы достигается равенством фазных и линейных напряжений, одинаковой токовой нагрузкой всех фаз и одинаковым сдвигом фаз напряжений и токов.

Однако в процессе эксплуатации неизбежно нарушение симметрии в трехфазной системе из-за обрывов проводов, пробоев изоляции, наложения посторонних предметов, нарушения коммутации фаз распределительных устройств и т.д.

В каждом случае асимметрия приводит к токам отрицательной и нулевой последовательности и апериодической составляющей токов, что может представлять риск для безопасности оборудования. Поэтому асимметрию необходимо устранить как можно скорее. Работа нейтральной точки сети оказывает значительное влияние на скорость срабатывания релейной защиты в неполнофазном режиме.

Существует несколько типов режимов работы нейтрали: изолированный, надежно заземлен и эффективно заземлен. Каждый режим имеет свои преимущества и недостатки. В сетях до 35 кВ включительно используется точка с изолированной нейтралью. Это означает, что центральная точка обмотки ВН трансформатора не соединена с землей.

Однофазное замыкание на землю в этом типе энергосистемы не вызывает аварийного отключения поврежденной линии, поскольку ток замыкания на землю довольно мал и его величина обусловлена только емкостью двух неповрежденных фаз по отношению к земле. Ток однофазного замыкания на землю в сетях до 35 кВ не способен выдержать дуговое замыкание.

В случае металлического замыкания на одной из фаз (“полное заземление”) напряжение двух других фаз повышается до напряжения сети, но питание нагрузок сохраняется на двух других фазах. Для защиты трансформаторов в таких режимах работы изоляция нейтрали трансформатора изолируется по классу напряжения, соответствующему классу напряжения изоляции линейного провода.

Для больших емкостных токов до 35 кВ используются дугогасительные катушки, которые подключаются к нейтральной точке трансформаторов. Гашение дуги обеспечивается индуктивностью катушки, которая компенсирует емкостной ток замыкания на землю.

Энергосистема с эффективно заземленная нейтраль Сеть, в которой часть нейтральной обмотки силовых трансформаторов заземлена, считается заземленной. Однофазное короткое замыкание в таких сетях приводит к отключению неисправного участка.

Ток короткого замыкания течет от места повреждения к ближайшей заземленной нейтрали трансформатора вдоль земли, распределяясь в зависимости от сопротивления фазной петли. Ток короткого замыкания (далее называемый током повреждения) не протекает по трансформаторам, нейтрали которых не заземлены.

Учитывая, что для всех видов повреждений в электрических сетях 80% составляют однофазные повреждения и что близкие однофазные повреждения имеют значительные значения тока, предпринимаются попытки ограничить их влияние.

Для этого часть нейтральных проводников в сети оставляют незаземленными, тем самым увеличивая сопротивление петли короткого замыкания и ограничивая токи однофазного короткого замыкания. Общий баланс заземленной и незаземленной нейтралей рассчитывается исходя из условий селективной работы релейной защиты и ограничения токов короткого замыкания.

Кроме того, важным условием выбора точек заземления является условие ограничения перенапряжений на нейтральной обмотке в случае несимметричных коротких замыканий. В силовом оборудовании класс изоляции нейтрали обычно принимается на один класс напряжения ниже номинального напряжения обмотки высокого напряжения. Такая практика позволяет экономить на изоляции и размерах оборудования, что дает большую экономическую выгоду.

Однако, с другой стороны, снижение изоляции нейтрали приводит к необходимости использования устройств для ограничения перенапряжений и токов на нейтральном выходе. Подавители перенапряжений могут использоваться для защиты от кратковременных скачков напряжения, а токоограничивающие дроссели и конденсаторы используются для ограничения токов.

В режиме глухого заземления работают сети с бытовыми нагрузками. В этом режиме работы нейтральная точка обмоток НН трансформатора подключается к контуру заземления. В бытовых распределительных устройствах корпус распределительного устройства также подключается к контуру заземления.

Таким образом, в каждой квартире или доме прокладывается два провода: фаза и нейтраль, чтобы потребитель получал 220 В. Если изоляция фазного провода повреждена и соприкасается с заземленными конструкциями, поврежденный участок сети немедленно отключается. Бетонные стены и полы в многоквартирных домах также обладают потенциалом земли.

Токи короткого замыкания имеют достаточную величину, чтобы вызвать срабатывание защитного выключателя. В последние годы в целях повышения электробезопасности в жилых помещениях в дополнение к нулевому рабочему проводнику прокладывается защитный заземляющий проводник, который подключается к корпусам электроприборов. Провод защитного заземления в распределительном щите также подключается к заземленным конструкциям.

Следует отметить, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с глухо заземленной нейтральной точкой. Изоляция обмоток СН автотрансформатора основана на типичном значении мощности, которое меньше номинальной мощности, поэтому уровень изоляции снижен. Это фактически является экономическим преимуществом автотрансформатора перед трансформатором.

При полуфазном включении автотрансформаторов в электромагнитной системе возникают опасные перенапряжения, которые можно уменьшить глухим заземлением нейтральной точки.

Исходя из вышеизложенных соображений, можно сделать вывод, что режим нейтрали оказывает существенное влияние на надежность электроснабжения и работу энергосистемы в целом.

Непрерывность питания в сети TN-C не обеспечивается в случае однофазных замыканий, так как эти замыкания сопровождаются значительным током и необходимо отключить питание.

Сеть TN-C

Сети 0,4 кВ с таким способом заземления нулевого проводника и открытых проводящих частей (заземление), очень распространены в России.

Электробезопасность в сетях TN-C с косвенным контактом обеспечивается путем отключения возникающих однофазных замыканий на землю с помощью предохранителей или автоматических выключателей. При относительно небольших токах однофазного короткого замыкания (удаленность нагрузки от источника, малое сечение проводника) время отключения значительно увеличивается. Существует высокая вероятность поражения электрическим током человека, прикоснувшегося к металлическому корпусу. Например, для обеспечения электробезопасности замыкание на землю в сети 220 В должно быть отключено в течение 0,2 с. Предохранители и автоматические выключатели обеспечивают такое время срабатывания при кратности тока короткого замыкания по отношению к номинальному току порядка 6-10.

Поэтому в сети TN-C существует проблема безопасности при косвенном контакте из-за невозможности достижения быстрого отключения. Кроме того, в сети TN-C однофазное замыкание в силовом шкафу вызывает падение потенциала через нейтральный проводник на шкафу неповрежденного оборудования, включая вышедшее из эксплуатации и отремонтированное оборудование. Это повышает вероятность травмирования людей, контактирующих с электрическим оборудованием в сети. Передача потенциала на все заземленные корпуса также происходит во время однофазного замыкания на линии электропередачи (например. обрыв фазного провода воздушной линии 0,4 кВ с падением на землю) из-за низкого сопротивления (по сравнению с сопротивлением контура заземления подстанции 6-10/0,4 кВ). Во время защиты нейтральный проводник и подключенный к нему корпус находятся под напряжением, близким к фазному напряжению. В сети TN-C нейтральный проводник особенно опасен, если он прерывается (перегорает). В этом случае все металлические корпуса с заземлением, подключенные ниже точки обрыва нулевого провода, будут подключены к фазному напряжению.

Самым большим недостатком сети TN-C является невозможность использования устройств остаточного тока (УЗО) по западной классификации.

Пожарная безопасность сетей TN-C низкая. Однофазные замыкания в этих сетях вызывают значительные токи (килоамперы), которые могут стать причиной пожара. Ситуация осложняется возможностью однофазного короткого замыкания через значительное переходное сопротивление, когда ток короткого замыкания относительно мал и защиты не срабатывают или срабатывают со значительной задержкой.

Непрерывность электроснабжения в сети TN-C не обеспечивается в случае однофазных коротких замыканий, так как эти короткие замыкания сопровождаются значительным током и необходимо отключать поля.

Однофазное короткое замыкание в сетях TN-C приводит к повышению напряжения (перенапряжению) примерно на 40% на неповрежденных фазах.

Для сетей TN-C характерны электромагнитные помехи. Это связано с тем, что даже в нормальных условиях эксплуатации при протекании рабочего тока на нейтральном проводнике происходит падение напряжения. Следовательно, между отдельными точками нейтрального проводника существует разность потенциалов. Это вызывает протекание токов в токопроводящих частях здания, в оболочках и экранах кабелей, и тем самым вызывает электромагнитные помехи. Электромагнитные возмущения усиливаются при молниях и однофазных коротких замыканиях со значительным током, протекающим в нейтральном проводнике.

Значительные токи однофазного замыкания в сетях TN-C могут вызвать значительные повреждения электрооборудования.

На этапе проектирования и настройки защиты TN-C необходимо знать сопротивление всех компонентов сети, включая сопротивление контура замыкания на землю, для точного расчета токов однофазного замыкания. Это означает, что необходимы расчеты или измерения сопротивления петли фаза-нуль всех отсеков. Любое изменение в сети (например, увеличение длины проводника) требует проверки условий защиты.

На странице билетов добавлена кнопка “Билеты”, нажимаете – формируется список билетов, из которого выбираете интересующий вас билет.

15. какой режим работы нейтрали может быть предусмотрен для электрических сетей 10 кВ?

Вы находитесь на странице инструкций на сайте Testsmart.
По мере чтения инструкции вы узнаете назначение каждой кнопки.
Мы начнем с самого верха, спускаясь слева направо.
Обратите внимание, что в мобильной версии все кнопки расположены только сверху вниз.
Первый значок в левом верхнем углу – это логотип сайта. Нажав на него, независимо от страницы, вы перейдете на главную страницу.
“Главная” – приведет вас на главную страницу.
“Разделы сайта” – откроется список разделов, нажав на один из них, вы перейдете в интересующий вас раздел.

На странице добавленных билетов нажмите кнопку “Билеты”. – откроется список билетов, в котором необходимо выбрать интересующий вас билет.

“Полезные ссылки” – нажмите, чтобы открыть список наших сайтов, на которых можно получить дополнительную информацию.

Справа, на той же оранжевой полосе, расположены белые кнопки с символическими значками.

Первая кнопка отображает форму входа для зарегистрированных пользователей.
Вторая кнопка отображает форму обратной связи, через которую вы можете сообщить об ошибке или просто связаться с администрацией сайта.
Третья кнопка отображает руководство, которое вы читаете в данный момент.
Последняя кнопка с изображением книги (доступна только на билете) выводит список литературы, необходимой для подготовки.

Ниже на серой полосе находятся социальные кнопки, если вам нравится наш сайт, нажмите на них, чтобы другие тоже могли подготовиться к экзамену.
Другая функция, Поиск по сайту, используется для поиска нужной информации, билетов и вопросов. Используя это, сайт предоставит вам все возможности, о которых вы знаете.
Последняя кнопка справа – это радиокнопка для выбора количества вопросов на странице: один вопрос на странице или все вопросы билета на одной странице.

На главной странице и страницах категорий в центре находится список разделов. Там вы можете перейти к интересующему вас разделу.
На других страницах в середине находится сам билет. Вы выбираете правильный ответ и нажимаете кнопку ответа, после чего получаете результат теста.
С правой стороны (в мобильной версии ниже) страницы билетов находится навигация для перемещения по страницам билетов.
На страницах категорий есть блок тем, которые были недавно добавлены на сайт.
Ниже добавлены ссылки на платные услуги на сайте. Билеты с ответами, комментариями и результатами тестирования.
В самом низу на черном фоне расположены ссылки по всему сайту и ссылки на полезные ресурсы, которые дублируют верхнее меню.
Мы надеемся, что вам понравится сайт, поэтому, пожалуйста, нажмите на кнопки социальных сетей, чтобы поделиться им с другими и помочь нам.
Если вам это не нравится, пожалуйста, воспользуйтесь формой обратной связи. Мы работаем над улучшением и качеством обслуживания для вас.

Рис.1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтральной точкой
a – нормальная работа;
b – режим замыкания на землю фазы A;
c – устройство обнаружения замыкания на землю

Трехфазные сети с эффективно заземленными нейтральными проводниками

В сетях 110 кВ и выше определяющим фактором при выборе метода заземления нейтрали является стоимость изоляции. В этом случае используется эффективное заземление нейтрали, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах относительно земли составляет около 0,8 от напряжения между фазами в нормальном режиме. В этом заключается основное преимущество данного метода заземления нейтрали.

Рисунок 6: Трехфазная сеть с эффективно заземленным нейтральным проводником

Однако рассматриваемый нейтральный режим также имеет некоторые недостатки. Например, когда одна фаза замыкается на землю, между землей и нейтралью источника с низким сопротивлением образуется петля короткого замыкания, к которой прикладывается ЭДС фазы (рис.6). Это вызывает состояние короткого замыкания, при котором протекают большие токи. Во избежание повреждения оборудования непрерывное протекание больших токов недопустимо, поэтому короткие замыкания быстро срабатывают с помощью релейной защиты. Однако большая часть однофазных замыканий в электрических сетях 110 кВ и выше являются самоустраняющимися, т.е. исчезают при отключении напряжения. В таких случаях эффективны устройства автоматического повторного включения (АРВ), которые действуют после срабатывания релейных защит и восстанавливают электроснабжение потребителей в кратчайшие сроки.

Вторым недостатком является высокая стоимость контура заземления в распределительном устройстве, который должен отводить большие токи повреждения на землю и поэтому является сложным элементом конструкции в данном случае.

Третьим недостатком является значительный ток однофазного замыкания, который может превышать ток трехфазного замыкания в случае большого количества заземленных нейтральных проводников трансформатора и в сетях с автотрансформаторами. Для снижения токов однофазного замыкания частичное заземление нейтрали используется там, где это возможно и эффективно (в основном в сетях 110-220 кВ). Для этой же цели в нейтральных цепях трансформаторов можно использовать токоограничивающие резисторы.

Нейтраль заземлена через резистор (высокоомный или низкоомный)
В России этот метод заземления используется очень редко, только в некоторых вспомогательных контурах тепловых электростанций и газокомпрессорных сетях. Однако, если оценивать мировую практику, то наиболее часто используется метод резистивного заземления нейтрали (см. таблицу 1).

Нейтральный режим работы 10 кВ.

Нейтраль заземлена через резистор (высокоомный или низкоомный)
В России этот режим заземления используется очень редко, только в некоторых вспомогательных сетях блочных электростанций и сетях газокомпрессорных станций. В то же время, если оценивать мировую практику, то наиболее часто используемым методом является резистивное заземление нейтрали (см. таблицу 1).

Таблица 1 Мировые методы заземления нейтрали

Страна	Допустимое напряжение	Метод заземления нейтрального проводника
Страна	Допустимое напряжение	Изолированный	Через дугогасительный реактор	Через резистор	Глухой
Россия	6-35 кВ	+	+
Австралия	11-12 кВ	+	+
Канада	4-25 кВ	+	+
США	4-25 кВ	+	+
Испания	10-30 кВ	+	+
Италия	10-20 кВ	+
Португалия	10-30 кВ	+
Франция	12-24 кВ	+
Япония	6,6 кВ	+	+
Германия	10-20 кВ	+
Австрия	10-30 кВ	+
Бельгия	6,3-17 кВ	+
ВЕЛИКОБРИТАНИЯ	11 кВ	+	+
Швейцария	10-20 кВ	+
Финляндия	20 кВ	+	+

Отсутствие высоких многократных дуговых перенапряжений и многократных замыканий в сети;
Нет необходимости отключать первое однофазное замыкание на землю (только в случае высокоомного заземления нейтрали);
устранение феррорезонансных процессов и повреждений трансформаторов напряжения;
Снижение вероятности травмирования персонала и посторонних лиц при однофазных коротких замыканиях (только в случае низкоомного заземления нейтрали и быстрого селективного отключения короткого замыкания);
Практически исключает возможность однофазных и многофазных коротких замыканий (только в случае низкоомного заземления и быстрого селективного отключения короткого замыкания);
Простая реализация чувствительной и селективной защиты от однофазного замыкания на землю на основе принципа тока.

Повышенный ток в месте повреждения;
Необходимость отключения однофазных замыканий (только для низкоомных замыканий на землю);
Ограничение развития сети (только для высокоомных замыканий на землю).

Рисунок 2: Схема двухтрансформаторной подстанции с заземлением нейтрального провода через дугогасительный дроссель.

Рисунок 3: Схема двухтрансформаторной подстанции, нейтраль которой заземлена через резистор.

Рисунок 4: Варианты включения резистора в нейтраль сети 6-10 кВ.

Рисунок 5*. Потребительский трансформатор в Северной Америке.

Глухая заземленная нейтраль
Как уже упоминалось, это не используется в отечественных сетях 6-35 кВ. Этот метод заземления нейтрали распространен в США, Канаде, Австралии, Великобритании и других странах. Используется в четырехпроводных воздушных сетях 4-25 кВ. На рисунке 5 показан пример участка 13,8 кВ в США. Как видно на рисунке 5, воздушная линия оснащена четвертым нулевым проводом по всей своей длине и в ответвлениях. Концепция сети заключается в том, чтобы длина низковольтной сети 120 В была как можно меньше. Каждый частный дом питается от собственного понижающего трансформатора 13,8/0,12 кВ, подключенного к фазному напряжению. На рисунке 5* показан такой однофазный понижающий трансформатор с заземленной средней точкой обмотки НН. Главная воздушная линия делится на участки секционирующими устройствами – реклоузерами. Трансформаторы отдельных потребителей и ответвления линий защищены предохранителями. Сепараторы используются на линейных клапанах для обеспечения отключения линии в мертвое время.
Этот метод заземления нейтрали не используется в сетях, содержащих высоковольтные двигатели. Однофазные токи могут достигать значений порядка нескольких килоампер, что недопустимо с точки зрения повреждения статора электродвигателя (плавление стали при однофазном повреждении).

Рисунок 5: Схема воздушной четырехпроводной распределительной сети 4-25 кВ в США.

Использование глухого заземления нейтрали в сетях среднего напряжения в России вряд ли будет необходимым или вероятным в обозримом будущем. Все отечественные линии 6-35 кВ – трехпроводные, а нагрузочные трансформаторы – трехфазные, что означает, что подход к проектированию сетей существенно отличается от зарубежного. Исключением является вышеупомянутый случай глухого заземления нейтрали в кабельной сети 35 кВ, питающей Кронштадт. Это решение было осознанно принято проектным институтом, поскольку ток однофазного замыкания в этой сети составляет около 600 А. Компенсация в этом случае неэффективна, а надежных высоковольтных низкоомных резисторов в России на момент реализации этого решения не существовало.

Уровень емкостного тока в сети;
Допустимый ток однофазного короткого замыкания, основанный на токах повреждения в месте повреждения;
Безопасность персонала и посторонних лиц;
Допустимость однофазных отключений с точки зрения непрерывности цикла;
Наличие резервов;
Тип и характеристики используемых средств защиты.

© Новости Электротехники, ЗАО.
Использование любых материалов, содержащихся на этом сайте, возможно только с письменного разрешения редакции.
При цитировании материала гиперссылка на страницу с указанием автора обязательна.

Преимущества и недостатки режима заземления нейтрали с низкоомным резистором

Нейтральные режимы

В российских электросетях используются следующие нейтральные опорные условия:
система изолированной нейтрали (низкие емкостные токи замыкания на землю; напряжения 6-10-35 кВ и 0,4 кВ)
компенсированная нейтраль (некоторое превышение емкостных токов; напряжение 6-10-35 кВ)
эффективно (глухо) заземленная нейтраль (высокие токи замыкания на землю; напряжение > 110 кВ; 0,4 кВ)
Высокоомное и низкоомное заземление нейтрали (напряжение 6, 10 кВ).

Рабочие характеристики с изолированным нейтральным проводом

Возможность работы сети с однофазным замыканием на землю в течение ограниченного периода времени, пока не будут приняты меры по отключению неисправного компонента без сбоев.
Не требует дополнительного оборудования и затрат для заземления нейтрали.
Способность к самогашению дуги и самогашению части однофазного замыкания на землю.
Безопасное длительное воздействие переходных перенапряжений, вызванных однофазными замыканиями на землю, для нормально изолированных компонентов.
Простое (в большинстве случаев) решение проблемы защиты и селективной сигнализации постоянных однофазных замыканий на землю.

Высокая вероятность наиболее опасного дугового прерывистого однофазного замыкания на землю.
Высокая вероятность пробоя вторичной изоляции и перехода однофазного замыкания на землю в двухфазное
и многократные замыкания из-за перенапряжения до 3,5 для дуговых замыканий.
Значительное (в несколько раз) увеличение среднеквадратичного тока в месте короткого замыкания при однофазных прерывистых дуговых замыканиях из-за медленных составляющих переходного процесса.
Возможность значительного повреждения электрических машин током короткого замыкания, особенно в случае однофазного прерывистого дугового замыкания на землю.
Возможность феррорезонансных процессов в сети и повреждения ТН.
Высокий риск для людей и животных, находящихся вблизи однофазного замыкания на землю.
Ограничения значений /s1 на развитие сети.
Высокая степень возмущения на линиях электропередач при однофазных замыканиях на землю.

Преимущества и недостатки режима заземления нейтрали с низким сопротивлением

Это практически исключает возможность дальнейшего развития повреждения, например, однофазного замыкания на землю, переходящего в двойное замыкание на землю или межфазное замыкание (с быстрым отключением неисправного оборудования).
Простое решение проблемы защиты от однофазного замыкания на землю.
Дуговые периодические однофазные замыкания на землю полностью исключаются (если применяемый активный ток достаточен для их подавления).

Дополнительные расходы на заземление нейтрального провода сети через резистор.
Отсутствие возможности эксплуатации сети при однофазном замыкании на землю.
Увеличение количества отключений оборудования и линий, вызванных переходом кратковременных самовосстанавливающихся (при других режимах заземления нейтрали) повреждений изоляции в полные (завершенные) повреждения.
Возможность повышенного повреждения оборудования в некоторых случаях (из-за повышенного тока однофазного замыкания на землю).

Уменьшает продолжительность воздействия на изоляцию компонентов сети перенапряжений на неповрежденных фазах в переходных режимах однофазного замыкания на землю.
Исключена возможность феррорезонансных процессов в сети.
Снижается вероятность поражения людей или животных током однофазного замыкания на землю в месте короткого замыкания.

Возможность периодического возникновения дуги при однофазных замыканиях на землю при недостаточно высоких значениях наложенного активного тока.
Возможность возникновения вторичных замыканий в точках с ослабленной изоляцией из-за перенапряжений на неповрежденных фазах (при первом пробое изоляции до 2,5 Uном), до срабатывания защиты на неисправном элементе.
Увеличение количества срабатываний автоматического выключателя на элементах сети.

В случае глухо заземленной нейтральной точки однофазное замыкание на землю – это однофазное замыкание, характеризующееся большими токами. Напряжение фаза-земля не превышает номинальное напряжение фаза-земля; исключается периодическое искрение. При однофазных замыканиях отключение происходит автоматически. Отключение вызывает перерыв в подаче электроэнергии потребителям.
Еще одним недостатком глухого заземления нейтрали является значительное увеличение сложности и стоимости заземления. Последнее связано с тем, что для систем с большими токами замыкания на землю PUE допускает максимальное сопротивление контура заземления 0,5 Ом, поэтому количество заземлений должно быть значительным. Из-за значительного тока однофазного повреждения, который может превышать ток трехфазного повреждения, не все нейтрали трансформаторов постоянно заземлены.

Читайте далее: