Свойства сетей с глухо заземленной нейтралью и с эффективно заземленной нейтралью

Определение из ПУЭ п.1.7.4: Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью – это сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (k_з ≤ 1,4).

Коэффициент замыкания – это отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей при ЗНЗ к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания(ПУЭ п.1.2.4):

 

Рассмотрим свойства сетей при глухом заземлении всех или части нейтралей.

 

С

В

N

А К

 

Iз=Iк

 

В нормальном режиме сеть симметрична:

 

При однофазном или двухфазном замыкании на землю симметрия сети нарушается. При этом в сети протекают токи КЗ, в том числе токи прямой, нулевой, последовательности. А на нейтрали появляется напряжение смещения нейтрали. Так как нейтраль заземлена наглухо, то получаем один или несколько замкнутых контуров.

Рассмотрим однофазное короткое замыкание на землю в точке К. При однофазном коротком замыкании нескольких трансформаторов в общем случае образуется один или несколько замкнутых контуров. На рисунке показан один замкнутый контур через землю и в этом контуре потечет ток КЗ. Такие режимы рассчитывают методом симметричных составляющих, так как симметрия нарушена.

 

Рассмотрим граничные условия.

 

Этих условий достаточно, чтобы получить следующее уравнение:

где I_1K – ток прямой последовательности;

I_2K – ток обратной последовательности;

I_0K – ток нулевой последовательности.

Без вывода ток в месте однофазного КЗ:

 

где Z_1Σ, Z_0Σ, - сопротивление прямой и нулевой последовательности.

 

Каждое сопротивление Z содержит активную и индуктивную составляющие:

X₁ и R₁ (прямая последовательность в симметричном режиме, при чередовании фаз АВС), R₂ и X₂ (обратная последовательность в симметричном режиме, при обратном чередовании фаз), X₀ и R₀ (нулевая последовательность, сопротивление контура фаза-земля).

 

 

Х₀ – индуктивное сопротивление, которое определяется двумя составляющими

 

 

где Х_L – собственное индуктивное сопротивление (Величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току индуктивностью цепи или ее участка);

Х_М – сопротивление взаимоиндукции.

 

- сопротивление прямой последовательности.

Но так не считают, эта формула только для сравнения, что больше, а что меньше.

Х₀ > X₁ (для линий).

На практике применяют следующее соотношение:

§ Х₀=3,5X₁ (для одно-цепной ВЛ без троса);

 

§ Х₀=5,5X₁ (для двухцепной ВЛ без троса).

 

А А

В В

С С

 

2. - при трехфазном коротком замыкании.

 

Если сопротивление прямой последовательности равно сопротивлению нулевой последовательности Z_1Σ = Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания равен току трехфазного короткого замыкания,

Если сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности Z_1Σ > Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания меньше тока трехфазного короткого замыкания,

Токи однофазного короткого замыкания и токи трехфазного короткого замыкания с глухо заземленной нейтралью и с эффективно заземленной нейтралью в сетях соизмеримы, т. е. токи достигают десятки килоампер.

Это и преимущество и недостаток таких сетей. Преимущество: при большом токе короткого замыкания можно легко определить место КЗ и отключить (изолировать) поврежденный элемент..

Недостаток: при большом токе короткого замыкания усложняется работа оборудования. Повышаются требования к термической и динамической стойкости..

Если сопротивление прямой последовательности меньше сопротивления нулевой последовательности Z_1Σ < Z_0Σ, то ток однофазного короткого замыкания больше тока трехфазного короткого замыкания, Этого стараются не допускать. Для того. чтобы ток однофазного короткого замыкания не превышал тока трехфазного короткого замыкания, у части трансформаторов нейтрали разземляют (при этом уменьшается число параллельных контуров и увеличивается Z_0Σ).

Сети, в которых часть нейтрали изолированы от земли, а часть заземлены, называют сети с эффективно заземленной нейтралью (это допускается только в сетях 110 кВ).

 

 

Y Электрическая нагрузка

ПС1 ПС2

 

110/6

 

FV

 

нейтрали

разземлены

 

 

Принимать решение о разземлении нейтрали могут только диспетчеры.

Напряжение на нейтрали при однофазных КЗ. может быть равно фазному напряжению сети. При этом напряжение может быть выше, чем то. На которое рассчитана изоляция нейтрали трансформаторов по отношению к корпусу. Чтобы этого избежать в схему включают разрядник (FV), номинальным напряжением на класс ниже. Например, если сеть напряжением 110 кВ, то разрядник – (35+20) кВ.

Схема защиты разземленной нейтрали трансформаторов от перенапряжений показана ни рисунке. 2.2

 

Рисунок 2.2.

 

Напряжение на неповрежденных фазах при замыканиях на землю повышается не более чем на:

 

Это означает, что сеть можно проектировать только на номинальное напряжение, с запасом 1,4U_Ф.НОМ.