Режимы работы нейтрали в системах электроснабжения
Изолированная нейтраль – режим работы, при котором нейтраль трансформатора непосредственно не соединяется с землей.
Рис.19. Графическое изображение изолированной нейтрали на схеме
Заземленная нейтраль
Рис.20. Графическое изображение заземленной нейтрали на схеме
Кроме названных, существует разделение режимов работы нейтрали на: изолированную нейтраль с компенсацией емкостного тока; глухо заземленную нейтраль (непосредственное соединение нейтрали с землей без промежуточных элементов) и эффективно заземленную (соединение с землей через реактор или резистор). Выбор режима работы нейтрали определяется, в основном, поведением системы при наиболее часто встречающихся повреждениях однофазных замыканиях.
Трехфазные сети с изолированной нейтралью. Преимущества и недостатки.
Рассмотрим схему трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, изображенную на рис.21. В качестве примера рассмотрим замыкание фазы С на землю.
Рис.21. Замыкание фазы С на землю в сети с изолированной нейтралью
Векторная диаграмма токов и напряжений изображена на рис.22.
Рис.22. Векторная диаграмма
При замыкании фазы на землю, называемом простым замыканием, ток определяется только емкостным сопротивлением сети. Емкостные сопротивления элементов сети значительно превышают их индуктивные и активные сопротивления, что позволяет при определении тока пренебречь последними.
Из векторной диаграммы следует:
- емкостный ток фазы с до замыкания:
;
(37)
- напряжение в фазе а после замыкания:
;
(38)
- модуль напряжении фазы а после замыкания:
;
(39)
- модуль емкостного тока фаз а и b после замыкания:
;
(40)
- ток через место повреждение и ток фазы с:
.
(41)
Необходимо отметить то, что емкостные токи обычно малы и не соизмеримы с токами КЗ. Величина емкостного тока определяется емкостью всей электрически связанной сети
Из выражений (37) –
(41) можно сделать вывод, что происходит
повышение напряжения здоровых фаз при
замыкании на землю в
раз, где kз
- коэффициент
замыкания на землю. В месте замыкания
часто возникает перемещающаяся дуга,
а та, в свою очередь, вспыхивающие и
погасающие перенапряжения.
Рис.23. Перенапряжение в сети.
Из рис.23. видно, что в сети с изолированной нейтралью возможны коммутационные перенапряжения до 4,5UФ.
Рассмотрим основные достоинства и недостатки сети с изолированной нейтралью.
Достоинства:
1. Высокая надежность работы электрической сети – до 95% замыканий на землю простые и не требуют отключения.
2. Простота выполнения, а также экономия на устройствах релейной защиты.
Например, допускается не устанавливать трансформатор тока на одну из фаз (обычно фазу b).
4. Невысокие требования к заземляющим устройствам.
Недостатки:
1. Повышение напряжения до линейного.
2. Дуговые коммутационные перенапряжения, что требует повышение уровня изоляции.
3. Наброс реактивной мощности, что изменяет качество потребляемой энергии.
Так для сетей с изолированной нейтралью напряжением 6 – 35 кВ сопротивление заземляющего устройства рассчитывается как
;
(42)
При общем заземляющем устройстве сетей 6-10/0,4-0,66 кВ
.
(43)
Кроме того, для таких сетей характерно длительное появление напряжения прикосновения и шагового напряжения.
Рис.24 Напряжение растекания
Однако большие величины емкостного тока вызывают расплавление изоляции и переход простого замыкания в КЗ.
Табл.2 Допустимые значения емкостного тока
№ п/п |
Класс напряжения, кВ |
Допустимое занчение емкостного ток, А |
1 |
3 – 6 |
30 |
2 |
10 |
20 |
3 |
15 – 20 |
15 |
4 |
35 |
10 |
5 |
генераторные цепи |
5 |
6 |
ЛЭП на ж/б опорах |
10 |
При больших величинах емкостного тока необходима компенсация.
Емкостный ток для кабельных и воздушных линий приближенно будет определен:
;
(44)
,
(45)
где l∑ – суммарная длина электрически связанных линий, км;
U – напряжение сети, кВ;
Iс – емкостный ток, А.