 |
Электрические сети напряжением свыше 1000 В
|
|
|
|
Режимы нейтралей электрических сетей
Нейтрали трансформаторов трехфазной сети могут быть либо заземлены непосредственно или через сопротивления, либо изолированы от земли. Нейтрали генераторов также заземляются или изолируются от земли.
Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству (совокупности заземлителя и заземляющих проводников).
Изолированной нейтралью называют нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенную к заземляющему устройству.
Для управления взаимодействием с землей нейтрали в сетях среднего напряжения могут заземляться через настраиваемую индуктивность, которая во много раз больше суммарной индуктивности электрической сети. Такие сети называются сетями с компенсированной нейтралью.
При однофазном коротком замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи короткого замыкания, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали, т. е. от способа ее заземления.
Выбор режима нейтрали в электрических сетях напряжением до 1000 В определяется главным образом безопасностью обслуживания сетей, а в высоковольтных сетях, кроме того, бесперебойностью электроснабжения, надежностью работы и экономичностью электроустановок.
Электрические сети напряжением до 1000 В
Сети напряжением до 1000 В выполняются только с заземленной или изолированной нейтралью. Широкий класс сетей 380/220 В требует глухого заземления нейтрали (рис. 1.26).
Рис. 1.26. Схема сети 380/220 В с глухозаземленной нейтралью
|
|
|
Кроме того, во многих случаях корпуса электрооборудования, присоединенного к четырехпроводной сети, и другие части электроустановок должны иметь металлическую связь с заземленной нейтралью установки. Эта связь осуществляется через нулевой провод, прокладываемый на тех же опорах ВЛ, что и фазные провода. В этом случае замыкание на корпус любой фазы линии приведет к короткому замыканию с достаточно большим током, предохранитель поврежденной фазы перегорит и сеть будет продолжать работать в неполнофазном режиме. Напряжение по отношению к земле двух других фаз, оставшихся в работе, не превысит фазного напряжения.
В сетях с изолированной нейтралью (рис. 1.27), замыкание фазы на землю не вызывает короткого замыкания и не приводит к отключению поврежденной фазы. Сеть будет продолжать работать в полнофазном режиме, но при этом напряжения двух неповрежденных фаз по отношению к земле увеличатся до линейных значений (рис. 1.28). Это создает опасность для персонала, и поэтому во всех электроустановках с изолированной нейтралью должны быть обеспечены контроль изоляции, быстрое обнаружение персоналом сети замыканий на землю и быстрая их ликвидация.
Рис. 1.27. Сеть 660 В с изолированной нейтралью
Рис. 1.28. Векторная диаграмма напряжений
при замыкании фазы на землю
Электрические сети напряжением свыше 1000 В
Электроустановки напряжением выше 1000 В, согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ), делятся на электроустановки с малыми токами замыкания на землю (I з £ 500 А), к которым относятся сети, работающие с изолированной или компенсированной нейтралью, и электроустановки с большими токами замыкания на землю (I з > 500 А), работающие с глухозаземленной нейтралью.
Ток однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью определяется частичными емкостями фаз сети по отношению к земле и зависит от напряжения, конструкции и протяженности сети. При замыкании на землю одной фазы, например фазы С (рис. 1.29), напряжение этой фазы по отношению к земле будет равно нулю, а напряжения двух других фаз увеличатся в 
раз и угол сдвига между векторами этих напряжений будет 60° (рис. 1.30). Емкостной ток поврежденной фазы будет равен нулю, а емкостные токи каждой неповрежденной фазы увеличатся пропорционально росту напряжений на емкости и соответственно будут равны I CA и I CB. Суммарный ток через емкости неповрежденных фаз 3 I C, равный геометрической сумме токов этих фаз, будет проходить через место замыкания фазы С на землю, замыкаясь через источник питания сети.
|
|
|
 |
Рис. 1.29. Схема сети 35 кВ с изолированной нейтралью
При неметаллическом замыкании на землю в месте замыкания возникает перемежающаяся дуга, которая сопровождается повторными гашениями и зажиганиями. Между емкостью и индуктивностью сети в этом случае появляются свободные электромагнитные колебания высокой частоты, вследствие чего в сети возникают перенапряжения. Амплитуда дуговых перенапряжений в сетях 6…35 кВ, согласно многократно проведенным исследованиям, при отсутствии феррорезонансных явлений может достигнуть значений 3,2 U ф на неповрежденных фазах и 2,2 U ф – на поврежденной.
Кратковременные дуговые перенапряжения такой величины не опасны для нормальной работы изоляции оборудования. Однако длительное воздействие перенапряжений на изоляцию (например, КЛ) может привести к ионизации и тепловому пробою ее в любой точке сети. Кроме того, наличие значительного тока в дуге развитых кабельных сетей приводит к переходу однофазных замыканий в двух- и трехфазные короткие замыкания и отключению электроприемников.
Предельные значения емкостного тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, при которых еще обеспечивается самопогасание дуги, в месте замыкания составляют 10 А для ВЛ 35 кВ и от 10 до 30 А для КЛ в зависимости от номинального напряжения. Такие токи соответствуют электрическим сетям с ВЛ и КЛ с суммарной протяженностью электрически связанных линий свыше 100 км. Такие сети должны работать с компенсированной нейтралью. Компенсация осуществляется включением в нейтральную точку трехфазной сети настраиваемого индуктивного сопротивления – дугогасящей катушки (реактора).
|
|
|
На рис. 1.31 представлена схема простейшей сети с компенсированной нейтралью. При замыкании на землю одной фазы в такой сети напряжение двух неповрежденных фаз по отношению к земле, как и в сети с изолированной нейтралью, увеличивается в раз, а напряжение нейтрали будет равно фазному напряжению (рис. 1.30). Под действием этого напряжения через дугогасящую катушку пойдет ток. Сопротивление катушки подбирают таким образом, чтобы индуктивный ток IL, проходящий через катушку, был по величине равен суммарному емкостному току 3 I C, проходящему через фазные емкости сети. В этом случае ток в месте замыкания фазы на землю, представляющий собой геометрическую сумму этих двух токов, будет равен нулю
(см. рис. 1.31) и, следовательно, возникшая дуга погаснет. Такая настройка катушки с полной компенсацией емкостного тока называется резонансной.
Рис. 1.31. Сеть 35 кВ с компенсированной нейтралью
В сетях 110…220 кВ однофазные замыкания на землю составляют свыше 75…85 % всех повреждений, а в сетях более высокого напряжения повреждения междуфазной изоляции вообще очень редки.
При коротких замыканиях на землю в таких сетях в месте повреждения возникает дуга с большим током, которая гаснет из-за отключения ЛЭП. В переходном режиме и при коммутациях в сети возникают внутренние перенапряжения с кратностью k = U вн / U ф. Внутренние перенапряжения оказывают определяющее влияние на выбор изоляции, и поэтому принимаются возможные меры для их снижения.
Для снижения внутренних перенапряжений нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов в высоковольтных сетях заземляют наглухо. В сетях
100…220 кВ заземляют такое количество нейтралей, которое обеспечивает их эффективное заземление.
Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть свыше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.
Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.
|
|
|
В сетях 330 кВ и выше применяют глухое заземление всех трансформаторов и автотрансформаторов.
|
|
|
