3.2.2 Схемы включения лэп переменного тока и режимы нейтрали

Производство, распределение и потребление электроэнергии осуществляется при разном напряжении. Шкала номинальных напряжений переменного тока определена ГОСТ. Для низковольтных сетей приняты напряжения 220, 380 и 660 В. Для сетей высокого напряжения стандартными являются напряжения 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ. Бытовые и большинство промышленных потребителей в целях электробезопасности работают при напряжении 220–380 В. Выработка электроэнергии генераторами на станциях осуществляется на напряжении 6–21 кВ, что продиктовано технико-экономическими соображениями. Передача электроэнергии на большие расстояния происходит при напряжениях 35–1150 кВ. Повышение напряжения ЛЭП необходимо для снижения потерь электроэнергии и повышения пропускной способности ЛЭП.

Активная мощность, передаваемая ЛЭП, в расчете на одну фазу определяется выражением

P = U_фI_ф∙cos φ,

где U_фиI_ф— действующие значения фазного напряжения и фазного тока, аφ— угол сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока.

В то же время потери активной мощности на активном сопротивлении Rпровода (или нескольких проводов) ЛЭП равно:

.

Легко видеть, что если, например, повысить напряжение ЛЭП в 10 раз, то при той же передаваемой активной мощности ток можно снизить в 10 раз, а потери активной мощности при этом снизятся в 100 раз.

Таким образом, чем больше длина ЛЭП и чем выше ее пропускная способность, тем на большее напряжение она выполняется.

Повышение генераторного напряжения электростанции до номинального напряжения ЛЭП и понижение напряжения ЛЭП до номинального напряжения ЛЭП более низкого уровня или до номинального напряжения потребителей осуществляется с помощью силовых трехфазных трансформаторов. В общем случае обмотки трехфазных трансформаторов могут включаться в звезду или в треугольник (рис. 3.3). В случае соединения обмотки в звезду образуется общая точка для обмоток всех фаз, называемая нулевой или нейтральной точкой (на рис. 3.3а эти точки обозначены буквамиN). У обмотки, соединенной в треугольник нейтральная точка отсутствует. На рис. 3.4 показана векторная диаграмма напряжений обмотки трансформатора, соединенной в звезду. Из этой диаграммы легко получить соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами:

; I_л=I_ф.

Для соединения обмотки в треугольник имеем:

U_л=U_ф;.

Мощность, передаваемая ЛЭП, равна

P = 3U_фI_ф∙cos φ.

За номинальные напряжения ЛЭП, ряд которых перечислен выше, принимаются линейные напряжения. Следовательно, мощность ЛЭП, выраженная через линейное напряжение будет определяться выражением:

φ.

Промышленная система трехфазного переменного тока является трёх- или четырёхпроводной. Нейтральная точка (нейтраль) источника питания и потребителя нагрузки может быть соединена с землей (заземленная нейтраль) или изолирована от земли (изолированная нейтраль), а отдельные фазы соединяются друг с другом по схеме «звезда» или «треугольник». При одинаковой (симметричной) нагрузке Z_A = Z_B = Z_Cсумма мгновенных значение токов фаз равна нулю. Поэтому четвертый проводник, соединяющий нейтральные точки источника и нагрузки, не требуется. Он используется только в распределительных электрических сетях потребителей, работающих при напряжении 380/220 В. Назначение нулевого проводника — получение фазного напряжения 220 В и обеспечение безопасности работы обслуживающего персонала при наличии заземленной нейтрали. В электрических сетях некоторых типов, например, в бытовых электроустановках напряжением 380/220 В, выполняются два нулевых проводника – защитный и рабочий. Это значительно повышает безопасность пользователей.

Режим нейтрали электрических сетей (рис. 3.5) определяется двумя факторами: безопасностью обслуживания и экономичностью. При изолированной нейтрали замыкание одного провода ЛЭП на землю в точкеKне приводит к большому увеличению тока, так как отсутствует замкнутый электрический контур от начала фазной обмотки через точку замыкания к окончанию этой обмотки в точкуN. Такие повреждения (на воздушных ЛЭП они составляют до 70%) не требуют немедленного отключения линии, что дает возможность отыскать замыкание в процессе эксплуатации, а затем устранить его. При этом не происходит отключения потребителя и перерыва в его электроснабжении. Такое же замыкание в сети с заземленной нейтралью приводит к резкому возрастанию тока, т.к. контурC-K-Nоказывается замкнутым накоротко через землю. В этом случае устройства релейной защиты и автоматики мгновенно отключают ЛЭП во избежание повреждения. Потребитель перестает получать по этой линии электроэнергию. Но при этом обеспечивается бóльшая, чем в предыдущем случае, безопасность работников. Действительно, в схеме рис.3.5б при неотключенном замыкании в точкеKвозможно случайное касание человеком другого провода. Через тело человека начнет протекать значительный ток, величина которого определяется значением междуфазного напряженияВСи электрическим сопротивлением тела человека. Поражение электрическим током чрезвычайно опасно. В схеме рис.3.5а подобный режим невозможен, т.к. ЛЭП мгновенно отключается от источника.

Каждая из рассмотренных схем имеет свою область применения. Электрические сети напряжением 6, 10 и 35 кВ работают с изолированной нейтралью, остальные — с заземленной. Заземление нейтрали в сетях напряжением до 1000 В выполняется в целях обеспечения электробезопасности, а в сетях 110 кВ и выше — по экономическим соображениям, связанным со стоимостью изоляции.