Системы с глухозазаемленной нейтралью.

Однофазное замыкание на землю (например, фазы А) в системе с глухозаземленной нейтралью (рис.4) представляет собой однофазное короткое замыкание, так как поврежденная фаза оказывается короткозамкнутой через землю и нейтраль трансформатора или генератора. Ток в месте повреждения ограничен только сопротивлениями линий и внутренним сопротивлением источника питания и поэтому является током КЗ. Данный ток практически не зависит от величины сопротивления изоляции и емкости системы относительно земли.

Рис. 4. Система с глухозаземленной нейтралью:

а – расчетная схема замещения в аварийном режиме работы; б – векторная диаграмма напряжений.

Поэтому ток короткого замыкания на землю, например фазы А, определяется выражением, т.е. при глухом заземлении нейтрали величина может достигать больших значений (сотни ампер).

Основные достоинства системы с глухим зазаемлением нейтрали заключается в следующем:

1) устраняются возможности появления устойчивых заземляющих дуг и связанные с ними последствия;

2) облегчается работа изоляции при замыканиях на землю в переходных процессах, что дает возможность либо снижения уровня изоляции (а следовательно, экономии в затратах), либо повышения надежности работы установок вследствие большого запаса прочности изоляции при сохранении уровня изоляции по сравнению с другими способами заземления нейтрали;

3) обеспечивается выполнение четкой, надежной, селективной и быстродействующей релейной защиты;

4) облегчается эксплуатация системы в отношении режима нейтрали.

Однако система с глухим заземлением нейтрали имеет некоторые недостатки, которые заключаются в следующем:

1) любое однофазное замыкание на землю является полным однофазным коротким замыканием, и релейная защита немедленно отключает поврежденный коротким замыканием участок, т.е. нарушает бесперебойность электроснабжения, что требует для ограничения бестоковых пауз применения быстродействующих устройств автоматического повторного включения (АПВ) и выполнения систем с резервированием для наиболее ответственных потребителей (повышение затрат, дополнительные капиталовложения и т.п.);

2) значительное электромагнитное влияние на линии связи приводит к увеличению затрат на защиту последнего;

3) релейная защита в связи с устройством ее в трехфазном исполнении является более дорогостоящей;

4) токи КЗ могут достигать очень больших значений (превышать токи трехфазного КЗ) при замыканиях на землю и являться причиной динамических разрушающих усилий, распространяющихся на значительную часть системы (разрывы оболочек кабелей, разрушение гирлянд изоляторов на воздушных ЛЭП и т.п);

5) при больших токах КЗ уменьшается синхронизирующий момент (синхронные двигатели могут затормозиться, а параллельно работающие станции – выйти из синхронизма);

6) возрастает опасность поражения людей вследствие больших напряжений прикосновения и шага из-за токов КЗ приоднофазном замыкании на землю;

7) значительно увеличиваются затраты на заземления.

Системы с заземленной нейтралью при соединении с землей через активное сопротивление.

Уменьшение токов однофазного КЗ в системе с глухозаземленной нейтралью достигается за счет введения в нейтраль токоограничивающего сопротивления (активного или индуктивного) до величины тока трехфазного КЗ, определяющего необходимую отключающую способность выключателей.

При заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление (реактор) ток в месте повреждения будет значительно больше емкостного тока замыкания на землю, но не более допустимых величин, ограниченных возможностью появления устойчивого дугового замыкания на землю. Напряжение неповрежденных фаз относительно земли в аварийном режиме составляет (0,8-1) (уровень изоляции, как в системах с изолированной нейтралью). Реакторы в нейтрали повышают устойчивость системы при однофазных замыканиях на землю и ограничивают коммутационные перенапряжения до допустимых пределов.

При заземлении нейтрали через активное сопротивление ток в месте повреждения будет больше емкостного тока замыкания на землю (но меньше, чем при заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление), а напряжения «здоровых» фаз относительно земли могут быть выше, чем в системе с изолированной нейтралью -(1,73-1,9) .

При правильно выбранной величине активного сопротивления устойчивость системы при однофазных замыканиях на землю обычно выше, чем при глухозаземленнной нейтрали. Заземление нейтрали через активное сопротивление является эффективной мерой для предотвращения перенапряжений при переходных процессах на землю.

Токоограничивающие активное и реактивное сопротивления, заземляющие нейтраль, выбирают такой величины, при которой ток замыкания фазы на землю превышает возможный максимальный ток нагрузки.

Система с нейтралью, заземленная через активное сопротивление, по сравнению с системой, нейтраль которой заземлена через индуктивное, имеет следующие недостатки;

1) для достижения одной и той же степени ограничения тока замыкания на землю требуется большая величина активного сопротивления, так как индуктивное сопротивление реактора складывается с индуктивным сопротивлением системы, а следовательно, напряжения в системе и потери мощности при коротких замыканиях больше;

2) конструктивно подбор токоограничивающего активного сопротивления сложнее, особенно в системах высоких напряжений и больших мощностей, и стоимость сооружения выше, чем для реакторов (усложняются способы охлаждения).

Введение в нейтраль реактора для ограничения тока однофазного КЗ является более экономически целесообразным мероприятием, получившим соответствующее распространение. Область применения заземления нейтрали через активное сопротивление ограничена в основном генераторами и сетями генераторного напряжения.