Электрические сети с изолированной нейтралью: Что такое изолированная нейтраль и где она применяется?

Что такое изолированная нейтраль и где она используется

Сети с изолированной нейтралью используются для повышения надёжности высоковольтных линий и в опасных электроустановках. Что такое изолированная нейтраль, читайте в статье.

В настоящее время изолированную нейтраль сложно встретить в быту, вы никогда с ней не столкнетесь, если делаете проводку в квартирах. В то время как высоковольтных линиях она активно используется, а также в некоторых случаях и в сетях 380В. Подробнее о том, что такое сеть с изолированной нейтралью и какие у нее особенности, мы расскажем простыми словами в этой статье.

Содержание:

Содержание

Что это такое

Определение понятия «изолированная нейтраль» приведено в главе 1.7. ПУЭ, в пункте 1.7.6. и ГОСТ Р 12.1.009-2009. Где сказано, что изолированной называется нейтраль у трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству вообще, или, когда она присоединена через приборы защиты, измерения, сигнализации.

Нейтралью называется точка, в которой соединены обмотки у трансформаторов или генераторов при включении по схеме «звезда».

Среди электриков есть заблуждение о том, что сокращенное название изолированной нейтрали – это система IT, по классификации п. 1.7.3. Что не совсем верно. В этом же пункте сказано, что обозначения TN-C/C-S/S, TT и IT приняты для сетей и электроустановок напряжением до 1 кВ.

В той же главе 1.7 ПУЭ есть пункт 1.7.2. где сказано, что в отношении мер электробезопасности электроустановки делятся на 4 типа — изолированную или глухо заземленную до 1 кВ и выше 1 кВ.

Таким образом есть некоторые отличия в безопасности и применении такой сети в разных классах напряжения и называть линию 10 кВ с изолированной нейтралью «система IT» по меньше мере неправильно. Хотя схематически – почти тоже самое.

В сетях до 1 кВ

В сетях выше 1000 В

В настоящее время изолированная нейтраль чаще всего используется в сетях со средним классом напряжения (1-35 кВ). Для сети 110 кВ и выше – глухозаземленная. В связи с тем, что при КЗ на землю напряжение, как было сказано, возрастает до линейного, так в ЛЭП 110 кВ фазное напряжение (между землёй и фазным проводом) – 63,5 кВ. При КЗ на землю это особенно важно, и позволяет снизить расходы на изоляционные материалы.

Кстати в КТП с высшим напряжением до 35 кВ первичные обмотки трансформаторов соединяются в треугольник, где нейтрали нет как таковой.

Низкие токи КЗ и возможность работать при однофазных КЗ на ВЛ – в распределительных сетях особенно важны и позволяют организовать бесперебойное электроснабжение. При этом угол сдвига между оставшимися в работе фазами остаётся неизменным — в 120˚.

При напряжениях в тысячи вольт емкостной проводимостью фаз пренебречь нельзя. Поэтому касание проводов ВЛЭП опасно для жизни человека. В нормальном режиме токи в фазах источника определяются суммой нагрузок и емкостных токов относительно земли, при этом сумма емкостных токов равна нулю и ток в земле не проходит.

Если опустить некоторые подробности, чтобы изложить языком, понятным для начинающих, то при КЗ на землю напряжение относительно земли поврежденной фазы приближается к нулю. Так как напряжения двух других фаз увеличиваются до линейных значений их емкостные токи увеличиваются в √3 (1,73) раз. В результате емкостный ток однофазного КЗ оказывается в 3 раза большим нормального. Например, для ВЛЭП 10 кВ длиной 10 км емкостный ток равен примерно 0,3 А. При замыкании фазы на землю через дугу в результате различных явлений возникают опасные перенапряжения до 2-4U

ф, что приводит к пробою изоляции и междуфазному КЗ.

Для исключения возможности возникновения дуг и устранения возможных последствий нейтраль соединяют с землёй через дугогасящих реактор. Его индуктивность при этом подбирают согласно ёмкости в месте КЗ на землю, а также чтобы он обеспечивал работу релейной защиты.

Таким образом благодаря реактору:

  1. Намного уменьшается Iкз.
  2. Дуга становится неустойчивой и быстро гаснет.
  3. Замедляется нарастание напряжения после гашения дуги, в результате уменьшается вероятность повторного возникновение дуги и коммутационного тока.
  4. Токи обратной последовательности малы, следовательно, их действие на вращающейся ротор генератора не оказывает существенного влияния.

Перечислим плюсы и минусы высоковольтных сетей с изолированной нейтралью.

Преимущества:

  1. Какое-то время может работать в аварийном режиме (при КЗ на землю)
  2. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии малой емкости тока.

Недостатки:

  1. Усложнено обнаружение неисправностей.
  2. Необходимость изоляции установок на линейное напряжение.
  3. Если замыкание продолжается длительное время, то возможно поражение человека электрическим током, если он попадёт под шаговое напряжение.
  4. При 1-фазных КЗ не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты. Величина тока замыкания напрямую зависит от разветвленности цепи.
  5. Из-за накапливания дефектов изоляции от воздействия на нее дуговых перенапряжений снижается срок её службы.
  6. Повреждения могут возникнуть в нескольких местах из-за пробоя изоляции, как в кабелях, так и в электродвигателях и других частях электроустановки.

На этом обзор принципа действия и особенностей сетей с изолированной нейтралью заканчивается. Если вы хотите дополнить статью или поделится опытом – пишите в комментариях, мы обязательно опубликуем!

Материалы по теме:

  • Причины возникновения короткого замыкания
  • Как сделать заземление в частном доме
  • Чем отличается зануление от заземления
Опубликовано: 18.03.2019 Обновлено: 18.03.2019 нет комментариев

Электрическая сеть с изолированной нейтралью


Электрическая сеть с изолированной нейтралью
Электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты и сигнализации с большим сопротивлением (по ГОСТ 24291-90)
Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник

Строительный словарь.

  • Электрическая сеть с заземленной нейтралью
  • Электрическая сеть с компенсированной нейтралью

Смотреть что такое «Электрическая сеть с изолированной нейтралью» в других словарях:

  • электрическая сеть с изолированной нейтралью — Электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты, сигнализации с большим сопротивлением. [ГОСТ 24291 90] электрическая сеть с… …   Справочник технического переводчика

  • Электрическая сеть с изолированной нейтралью — сеть, нейтраль которой не имеет соединения с землей, за исключением приборов сигнализации, измерения и защиты, имеющих весьма высокое сопротивление, или сеть, нейтраль которой соединена с землей через дугогасящий реактор, индуктивность которого… …   Официальная терминология

  • электрическая сеть с изолированной нейтралью — 80 электрическая сеть с изолированной нейтралью Электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты, сигнализации с большим… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электрическая сеть с изолированной нейтралью — – электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты и сигнализации с большим сопротивлением. ГОСТ 24291 90 …   Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • электрическая сеть — 6 электрическая сеть Совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии по ГОСТ 19431 601 01 02 de Electrizitätsversorgungsnetz en… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • электрическая — 3.44 электрическая [электронная, программируемая электронная] система; Е/Е/РЕ система (electrical/electronic/programmable electronic system; E/E/PES): Система, предназначенная для управления, защиты или мониторинга, содержащая одно или несколько… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 24291-90: Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24291 90: Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения оригинал документа: 4 (электрическая) подстанция; ПС Электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СТО Газпром 2-2.3-141-2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения — Терминология СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения: 3.1.31 абонент энергоснабжающей организации : Потребитель электрической энергии (тепла), энергоустановки которого присоединены к сетям… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СТО 56947007-29.240.02.001-2008: Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4-10 кВ от грозовых перенапряжений — Терминология СТО 56947007 29.240.02.001 2008: Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4 10 кВ от грозовых перенапряжений: 1.3.6 Грозовые перенапряжения перенапряжения, возникающие в результате… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Правила эксплуатации электроустановок потребителей — Терминология Правила эксплуатации электроустановок потребителей: Блокировка электротехнического изделия (устройства) Часть электротехнического изделия (устройства), предназначенная для предотвращения или ограничения выполнения операций одними… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Эксплуатация трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью

Виды замыканий на землю

Электрические сети 6–35 кВ — это сети с изолированной, либо с компенсированной нейтралью. Такой режим нейтрали позволяет при однофазных (ОЗЗ) или дуговых замыканиях на землю (ОДЗ) не проводить немедленное отключение сети. Надо отметить, что в сетях этих классов напряжений, замыкание на землю не является аварийным режимом, и случаются они достаточно часто. Нормативные документы допускают работу линии, с изолированной нейтралью, при ОЗЗ — до восьми часов, но при этом необходимо немедленно приступить к отысканию места замыкания и его устранению, так как в этом режиме есть большая опасность попадания людей под высокое напряжение.

Также, возможно повреждение электрооборудования из-за повышения фазного напряжения до уровня линейного. ОЗЗ — это, как правило, металлическое постоянное замыкание, а ОДЗ носит переменный характер. Например, раскачивающаяся на ветру ветка, касаясь высоковольтной линии (ВЛ), замыкает ее на землю, при этом зажигается дуга. ОДЗ это наиболее опасный вид замыканий на землю, так как при нем могут возникать перенапряжения 2,3–3,0 наибольшего фазного напряжения. Они наблюдаются уже при первом зажигании дуги и сопровождаются ее многократными зажиганиями. В этих режимах создаются все условия для появления феррорезонанса в сети.

ПКУ в составе ТН НОЛ.08-6(10)МПКУ в составе ТН НОЛ.08-6(10)М и ТПОЛ-10III

Феррорезонанс и способы защиты от него

Феррорезонансный контур в сети с изолированной нейтралью — это контур нулевой последовательности с нелинейной характеристикой намагничивания. Трехфазный заземляемый трансформатор напряжения, по конструктиву, это три однофазных трансформатора, соединенные по схеме звезда/звезда, с обособленной магнитной системой. При перенапряжениях в сети индукция в магнитопроводе увеличивается, как минимум в 1,73 раза. В таких режимах возможно насыщение магнитопровода и, как следствие, возникновение феррорезонанса в сети. По данным служб энергоснабжения, ежегодно в эксплуатации повреждается 7–9% трансформаторов напряжения по причине феррорезонанса.

Существует множество способов защиты ТН от резонансных явлений в сети:

  • изготовление ТН с максимально уменьшенной рабочей индукцией;
  • включение в цепь ВН и НН дополнительных демпфирующих сопротивлений;
  • изготовление трехфазных трансформаторов напряжения с единой магнитной системой в пятистержневом исполнении;
  • применение специальных устройств, включаемых в цепь разомкнутого треугольника;
  • заземление нейтрали трехфазного трансформатора напряжения через токоограничивающий реактор;
  • применение специальных компенсационных обмоток и т.д.;
  • применение специальных релейных схем, для защиты обмотки ВН от сверхтоков.

Все эти меры в той или иной степени защищают измерительный трансформатор напряжения, но не решают проблему в корне.

Заземляемые ТН

Заземляемые трансформаторы напряжения применяются в сетях с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали ТН позволяет осуществлять контроль изоляции сети с помощью дополнительных вторичных обмоток, соединенных по схеме звезда/треугольник. На наш взгляд, это основная функция заземляемых трансформаторов, функция измерения и учета — дополнительная. Зачастую, в электрических сетях эксплуатируются заземляемые трансформаторы напряжения, у которых защитные обмотки не используются. Применение заземляемых трансформаторов без использования функции контроля изоляции сети — неоправданный риск.

Это связано с тем, что:

  • заземляемые трансформаторы напряжения подвержены влиянию феррорезонансных явлений;
  • изоляцию обмотки ВН невозможно испытать в условиях эксплуатации приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты.

Незаземляемые ТН

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью, на нашем предприятии разработана новая трехфазная группа. Трехфазная 3хНОЛ.08-6(10)М группа, состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ.08-6(10)М — отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией. Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Также изоляцию этого трансформатора возможно испытать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты в условиях эксплуатации, так как в этом случае нет необходимости в источнике повышенной частоты.

Трансформатор напряжения НОЛ.08-6(10)МТрансформатор напряжения НОЛ.08-6(10)М

У незаземляемых трансформаторов нет высоковольтных выводов с ослабленной изоляцией, что так-же позволит избежать нарушений, которые зачастую случаются в эксплуатации, при определении сопротивления изоляции вывода «Х», так как есть разночтения в нормативной документации. На сегодняшний день большое количество пунктов коммерческого учета (ПКУ) имеют в своем составе заземляемые трансформаторы напряжения со встроенными предохранителями (ЗНОЛП). При однофазных замыканиях на землю, а они как указывалось выше, случаются достаточно часто в воздушных распределительных сетях, срабатывает встроенное защитное предохранительное устройство (ЗПУ). Встраиваемое ЗПУ, прежде всего, предназначено для защиты трансформатора напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях.

Так как ток срабатывания предохранителя достаточно мал, то при различных перенапряжениях, вызванных, в том числе, и однофазными замыканиями на землю, — происходит отключение ТН. ЗПУ защищает обмотку ВН от сверхтоков, которые возможны при различных технологических нарушениях в электрических сетях. При срабатывании предохранителя учет электроэнергии будет отсутствовать. Для восстановления учета, необходимо заменить плавкую вставку ЗПУ.

Трехфазная группа

Трехфазная группа 3хНОЛ.08-6(10)М устойчива к различным перенапряжениям в электрических сетях, так как в отсутствии связи ТН с землей, контур нулевой последовательности также отсутствует.

Также, при однофазных замыканиях на землю, изоляция незаземляемого трансформатора не находится под повышенным напряжением, так как трансформаторы НОЛ включаются на линейное напряжение.

Незаземляемые измерительные трансформаторы напряжения лишены всех тех недостатков, которые характерны для заземляемых ТН, поэтому в пунктах коммерческого учета целесообразно использовать трехфазную группу 3хНОЛ.08-6(10)М.

Источник: Е.В. Игнатенко, главный конструктор отдела измерительных трансформаторов ОАО «СЗТТ»

Системы заземления TN-S, TN-C, TNC-S, TT, IT

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

 

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» — комбинированный и раздельный.

  • T — заземление.
  • N — подключение к нейтрали.
  • I — изолирование.
  • C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
  • S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

 

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

  • N — функциональный «ноль»;
  • PE — защитный «ноль»;
  • PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» — ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

 

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

 

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное — жизнь человека.

 


Смотрите также:


Смотрите также:
Достоинства и недостатки сетей с изолированной нейтралью — Студопедия

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 В).

3. Невысокие требования к заземляющим устройствам.

Так, для сетей с изолированной нейтралью напряжением 6–35 кВ сопротивление заземляющего устройства рассчитывается как

. (2.7)

При общем заземляющем устройстве сетей 6−10/0,4−0,66 кВ

. (2.8)

Недостатки

1. Повышение напряжения до линейного. При изолированной нейтрали

.

2. Дуговые коммутационные перенапряжения, что требует повышения уровня изоляции.

3. Наброс реактивной мощности, что изменяет качество потребляемой энергии.

4. Возможность возникновения феррорезонансных процессов.

Однако большие величины емкостного тока значительно увеличивают величину перенапряжений и могут вызвать расплавление изоляции и переход простого замыкания в КЗ. Допустимые значения емкостного тока, вызывающие перенапряжения не более 2,5, даны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Допустимые значения емкостного тока

№ п/п Класс напряжения, кВ Допустимое значение емкостного ток, А
3 – 6
15 – 20
генераторные цепи
ЛЭП на ж/б опорах

При превышении допустимого значения емкостного тока необходима его компенсация.


Емкостный ток для кабельных и воздушных линий приближенно может быть определен:

− кабельные линии: ; (2.9)

− воздушные линии: , (2.10)

где l– суммарная длина электрически связанных линий, км;

U – напряжение сети, кВ;

Iс – емкостный ток, А.

Значительное увеличение тока замыкания на землю дает применение батарей статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности. Их применение всегда требует компенсации емкостных токов замыкания на землю.

2.4. Трехфазные сети с компенсацией емкостного тока.

Достоинства и недостатки

В сетях напряжения 3 … 20 кВ и небольшой протяженности воздушных и кабельных линий ток замыкания фазы на землю со­ставляет несколько ампер. Дуга в этом случае оказывается неус­тойчивой и самостоятельно гаснет. Такие сети могут нормально работать в режиме простого замыкания. Увели­чение напряжения и протяженности сети приводит к росту тока замыкания на землю до десятков и сотен ампер. Дуга при таких токах может гореть долго, она часто переходит на соседние фазы, превращая однофазное замыкание в двух- или трехфазное. Устранение дуги достигается за счет компенсации тока замыкания на землю.


В качестве дугогасящего аппарата возможно применение шунтирующих и дугогасящих реакторов.

Для трех шунтирующих реакторов схема включения дана на рисунке 2.9.

A

B

C

Рис. 2.9. Схема включения шунтирующих реакторов

Для шунтирующих реакторов (рис. 2.9) справедливы следующие выражения:

, , ; . (2.11)

A

B

IL

C

ДГР С0 С0 С0

Рис 2.10. Схема включения дугогасящего реактора

Для дугогасящего реактора ДГР (рис. 2.10) индуктивность

; ; %, (2.12)

где k – степень настройки компенсации; ν – степень расстройки компенсации.

Перенапряжения в сетях с компенсацией емкостного тока уменьшаются и не превышают значений

при % (2.13)

Реально в электрических сетях используется только дугогасящий реактор в нейтрали, как наиболее экономичный.

Определим основные достоинства и недостатки сетей с компенсацией емкостного тока.

Достоинства такие же, как и в сетях с изолированной нейтралью при меньших уровнях перенапряжений. Кроме этого, для таких сетей практически полностью устраняется возможность возникновения феррорезонансных процессов.

Недостатки такие же, как и в сетях с изолированной нейтралью. Кроме того, возникают дополнительные затраты на амортизацию и обслуживание ДГР таких сетей. Коэффициент замыкания фазы на землю .

Область применения:

1. Сети напряжением 6–10 кВ.

2. Сети с питанием на генераторном напряжении.

3. Сети 35 кВ.

Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях [Jurik-Phys.Net]

Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).

Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:

  • схемы включения человека в электрическую цепь;

  • напряжения сети;

  • схемы самой сети;

  • режима нейтрали сети;

  • степени изоляции токоведущих частей от земли;

  • ёмкости токоведущих частей относительно земли.

Классификация сетей напряжением до 1000 В

Однофазные сети

Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.

Двухпроводные

Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.

Изолированные от земли
Однофазная сеть. Двухпроводная изолированная от земли
С заземлённым проводом
Однофазная сеть. Двухпроводная с заземлённым проводом

Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.

Однопроводные

В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.

Однофазная сеть. Однопроводная

Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).

Трёхфазные сети

В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.

Нейтральная точка источника тока — точка трехфазной обмотки (генератора или трансформатора), которая характеризуется одинаковым действующим значением напряжения по отношению к любой фазе источника тока. Такая точка получается при соединении обмоток в звезду.

Нулевая точка источника тока — заземлённая нейтральная точка.

Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке — нулевым проводником.

1. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
Трёхфазная сеть. Трёхпроводная с изолированной нейтралью
2. Трёхпроводная сесть с заземлённой нейтралью
Трёхфазная сеть. Трёхпроводная с заземлённой нейтралью.
3. Четырёх проводная сеть с изолированной нейтралью
Трёхфазная сеть. Четырёхпроводная с изолированной нейтралью.
4. Четырёх проводная сеть с заземлённой нейтралью
Трёхфазная сеть. Четырёхпроводная с заземлённой нейтралью.

При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».

Схемы включения человека в электрическую цепь

  • Двухфазное прикосновение — между двумя фазами электрической сети. Как правило, наиболее опасное т.к., имеет место быть линейное напряжение. Однако данные случаи довольно редки.

  • Однофазное прикосновение — между фазой и землёй. При этом предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй.

Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

Однофазные сети

Изолированная от земли
Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети.
Нормальный режим работы сети.

Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.

Прикосновение человека к однофазной двухпроводной изолированной от земли сети.
Аварийный режим работы сети.

При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.

С заземлённым проводом
Прикосновение человека к незаземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Нормальный режим работы сети.

В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Нормальный режим работы сети.

В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.

Прикосновение человека к заземлённому проводнику однофазной двухпроводной сети.
Аварийный режим работы сети.

При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.

Трёхфазные сети

С изолированной нейтралью
Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
Нормальный режим работы.

Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.

Прикосновение человека к проводу трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
Аварийный режим работы.

Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.

С заземлённой нейтралью
Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью.
Нормальный режим работы.

Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.

Прикосновение человека к проводу трёхфазной четырёхпроводной сети с заземлённой нейтралью.
Аварийный режим работы.

Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .

Меры обеспечения электробезопасности

  • Исключение контакта человека с токоведущими частями.
    Релаизуется посредством расположения токоведущих частей в недосягаемых местах (на высоте, в кабельных каналах, коробах, трубах и т.д.)

  • Использование малых напряжений (12, 24, 36 В).
    Например, для питания ручного инструмента в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током.

  • Применение средств индивидуальной защиты.
    Перед применением СИЗ необходимо обязательно убедиться в их исправности, целостности, а также проверить сроки предыдущей и последующей поверки инструмента.

Основные защитные средства обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.

  • Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с землёй или её эквивалентом (популярно о заземлении на geektimes.ru).
Приниципиальная схема защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью до 1000В.

В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.

Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.

Заземлители делятся на:
a. Искусстве

Токи замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.
⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

 

В России сети 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью, если токи замыкания на землю не превышают 10 А для воздушных сетей на железобетонных и металлических опорах, а в кабельных сетях и в воздушных при деревянных опорах не превышают 30А при U=6 кВ, 20А при U=10 кВ и 10А при U=35 кВ [1, п. 1.2.16], [25, п.2.8.13]. Главное достоинство таких сетей – обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей при однофазных замыканиях на землю, которые составляют до (70-80) % от всех видов повреждений.

Сначала рассмотрим сопротивления и проводимости линий электропередачи. Провода линий электропередач переменного тока обладают продольными активными и индуктивными сопротивлениями rл и xл, а также поперечными активными и емкостными проводимостями gл и bл. Для изображения ких линий на схемах замещения применяют П-образные или Г-образные схемы замещения (рисунок 7.8, а).

Активное сопротивление проводов переменному току при частоте 50 Гц практически равно омическому сопротивлению постоянному току. Оно зависит от сечения и материала провода и определяется по формулам курсов физики и электротехники. Индуктивное сопротивление линии не зависит от материала и сечения провода и зависит только от взаимного расположения фазных проводов. Для воздушных линий (ВЛ) индуктивное сопротивление изменяется от 0,37 до 0,47 Ом/км, а для кабельных линий (КЛ) от 0,07 до 0,1 Ом/км. В приближенных расчетах допускается принимать ХЛ=0,4 Ом/км для ВЛ и ХЛ=0,08 Ом/км для КЛ.

 

Рисунок 7.8 – Схемы замещения однофазной линии электропередачи

Активная поперечная проводимость обусловлена несовершенством изоляции КЛ и ионизацией воздуха (коронированием) вблизи проводов ВЛ и представляет собой величину, обратную сопротивлению утечки. В практических расчетах нормального режима поперечная активная проводимость КЛ и ВЛ обычно не учитывается (рисунок 7.8, б).

Емкостная поперечная проводимость обусловлена наличием емкостных

связей между проводом и землей, а также между фазами. Емкостная проводимость играет большую роль как при включении линии под напряжение, так и при замыканиях одной из фаз на землю. Рассмотрим ее подробнее. Схема замещения трехфазной ВЛ из конденсаторов с ёмкостями фаз относительно земли САЗ, СВЗ, ССЗ и между фазами САВ, СВС, ССА, показана на рисунке 7.9, а.

Рисунок 7.9 – Эквивалентные схемы замещения с ёмкостными проводимостями: а) для несимметричных трёхфазных ЛЭП, б) для симметричных трёхфазных ЛЭП.

 

В общем случае емкости отдельных фаз по отношению к земле могут отличаться из-за разного расстояния фазных проводов до земли. В инженерных расчетах трехфазные линии принимаются симметричными (рисунок 7.9, б). Для симметричных трёхфазных линий имеют место равенства

= С0;

САВ = СВС = ССА = СМ,

 

где СФ — емкость фазного провода по отношению к земле;

СМ — междуфазная емкость;

С0 – ёмкость нулевой последовательности, которая для симметричной линии равна емкости фазного провода по отношению к земле.

Значения удельных значений фазных емкостей СУД указаны в справочниках. Чем длиннее линия, тем ее емкость больше ее емкость по отношению к земле:

Рассмотрим свойства сетей с изолированной нейтралью на примере электрической сети с одной линией электропередачи (рисунок 7.10).

 

Рисунок 7.10 – Фрагмент электрической сети с изолированной нейтралью

 

Электрическая сеть изолирована от земли и не имеет ни одной точки связи с землей. В нормальном режиме по линии протекает ток нагрузки IН, обусловленный передачей мощности в нагрузку (рисунок 7.10. а). Однако если отключить нагрузку выключателем Q в конце линии (рисунок 7.10. б), то по фазным проводам линии будет протекать небольшие токи IС (рисунок 7.10, б). Эти токи называют емкостными или зарядными токами линии. Объясняются они наличием емкостей фазных проводов линии по отношению к земле. На рисунке 7.9, а эти емкости обозначены САЗ, СВЗ, ССЗ, на рисунке 7.10, в они обозначены СА, СВ и СС. В реальной сети емкости распределены равномерно по всей длине линии. Для удобства анализа распределенные емкости фаз относительно земли на схемах замещения изображают в виде сосредоточенных емкостей. Схема замещения линии с отключенной нагрузкой приведена на рисунке 7.9, б. Ток в линии при отключенной нагрузке определяется только емкостной проводимостью. При этом продольной сопротивления практически не влияют на величину емкостного тока и их на схеме замещения не изображают (рисунок 7.9, в и рисунок 7.10, в)).

В нормальном режиме напряжения фаз сети по отношению к земле UА, UВ и UС равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора UАN, UВN и UСN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле UNЗ равно нулю (рисунок 7.11).

 

Рисунок 7.11 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов в нормальном режиме

 

Емкостное сопротивление фаз по отношению к земле, равное х=1/(ωС), в тысячи раз больше продольных активных и индуктивных сопротивлений воздушной или кабельной линии. Поэтому величина зарядного тока линии практически не зависит от продольных сопротивлений линий и определяется только поперечной емкостной проводимостью. При равных фазных напряжениях UА= UВ = UС= UФ емкостные токи фаз также равны между собой

 

IС,А = IС,В = IС,С = Uф·ω·C (7.3)

 

Зарядные токи носят емкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 7.11) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90о. По сравнению с током нагрузки зарядный ток мал, в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает и в расчетах нормального режима не учитывается. Поэтому на рисунке 7.10, а он не показан.

Предположим теперь, что в какой-либо точке сети произошло замыкание одной фазы на землю, например, из-за нарушения (пробоя) изоляции. Для упрощения анализа предположим, что замыкание на землю металлическое, то есть без переходного сопротивления в месте повреждения (рисунке 7.12).

Рисунок 7.12. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с одной линией

 

Из схемы рисунка 7.12 наглядно видно, что сеть имеет только одну точку связи с землей. Это значит, что замыкание одной фазы на землю не привело к образованию короткозамкнутого контура. Это первое важное свойство сетей с изолированной нейтралью. Из него следует, что в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землюодной фазыне возникает ток короткого замыкания. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью нельзя называть коротким замыканием. По общепринятой технической терминологии его называют «простым замыканием на землю» или просто «замыканием на землю», без добавки «короткое».

Несмотря на то, что замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, ток на землю в месте повреждения все же возникает. Он, как и зарядный ток, обусловлен емкостными проводимостями фаз сети относительно земли и носит емкостной характер. Рассмотрим пути протекания и величину тока замыкания на землю в месте повреждения. Допустим, что в точке К произошло замыкание на землю фазы А (рисунок 7.12). Тогда ток в месте повреждения протекает по двум контурам:

— в одном конуре (точка К – земля – емкость СВ – провод фазы В – фаза В трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) под действием междуфазного напряжения АВ:

— в другом (точка К – земля – емкость СС – провод фазы С – фаза С трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) — под действием междуфазного напряжения АС.

При этом ток в месте повреждения IЗ равен векторной сумме токов IС,В и IС,С двух контуров и определяется выражением

 

, (7.4)

где UВА и UСА – междуфазные напряжения фаз В и С относительно поврежденной фазы А. Векторная диаграмма напряжений и токов при замыкании на землю показана на рисунке 7.13.

Рисунок 7.13 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов при металлическом замыкании на землю фазы А

 

Векторная сумма двух междуфазных напряжений UВА и UСА по величине равна утроенному фазному напряжению относительно нейтрали и направлена противоположно вектору напряжения поврежденной фазы А

 

 

При этом для тока в месте замыкания из (7.4) получаем

 

(7.5)

 

Таким образом, ток замыкания на землю в месте повреждения всего лишь в три раза превышает емкостной зарядный ток одной фазы нормального режима. Это означает, что емкостной ток в месте повреждения несущественно отличается от зарядного тока линии и не может называться током короткого замыкания.

Векторная диаграмма напряжений и токов на рисунке 7.13 была получена для сети с одной линией на рисунке 7.12. Если электрическая сеть содержит несколько линий электропередачи, то векторная диаграмма и не изменится, только вместо емкостных токов IС,В и IС.С фаз В и С одной линий будут суммарные токи ΣIС,В и ΣIС.С фаз В и С всех линий электрической сети. При этом в знаменателе выражений (7.4) и (7.5) будет эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети:

, (7.6)

 

где эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети

, (7.7)

где ΣСФ – суммарная емкость всех линий электрической сети.

Пути протекания емкостных токов при ЗНЗ в сети с двумя линиями показаны на рисунке 7.14.

 

Рисунок 7.14. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с двумя линиями

 

При замыкании на землю на линии Л2 в неповрежденных фазах каждой из линий Л1 и Л2 протекают емкостные токи IсЛ1 и IсЛ2, обусловленные емкостями СЛ1 и СЛ2 соответствующей линии. Ток в месте повреждения равен сумме емкостных токов всех линий сети.

В инженерной практике для вычисления емкостных токов в месте повреждения в сетях любой конфигурации применяется формула [24]

 

, (7.8)

 

где UСР.НОМ – среднее номинальное напряжение сети; lК (lВ) -суммарная длина кабельных (воздушных) линий сети. При суммарной длине КЛ l1=1,0 км и длине воздушных линий сети 35 км ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ составит всего 2.1 А

Так как ток замыкания на землю мал, то малы и емкостные токи в фазных проводах электрической сети. При этом токи в фазных проводах ЛЭП определяются в основном токами нагрузки и практически при замыкании на землю не изменяются. При этом практически не изменяются потери напряжения в сети, а, следовательно, не изменяются ни фазные напряжения сети по отношению к нейтрали, ни линейные напряжения сети. Отсюда следует следующее важное свойство сетей с изолированной нейтралью: при замыкании фазы на землютреугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя не изменяется.

Из перечисленных свойств сети с изолированной нейтралью следует, что при однофазных замыканиях на землю режим работы электроприемников в сети не изменяется. Поэтому замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью считается не аварийным, а лишь ненормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Питание потребителя при этом не прерывается.

Таким образом, достоинствамисетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются:

— замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, при этом при замыкании на землю не возникает токов короткого замыкания; — при замыкании фазы на землю треугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя, не изменяется, при этом токи, потребляемые электроприемниками из сети, также не изменяются;

— так как ни напряжения, ни токи электроприемников не изменяются, то питание потребителей при однофазных замыканиях на землю не прерывается, причем режим работы электроприемников электроэнергии при однофазных замыканиях на землю не изменяется.

Поэтому замыкание одной фазы на землю не является КЗ и не является аварийным режимом. Это ненормальный режим работы сети, при котором поврежденную линию можно не отключать релейной защитой.

Учитывая, что замыкание на землю является самым распространенным видом повреждения в распределительных сетях (доля этих повреждений в сетях 6-35 кВ составляет до 75% и более от общего числа повреждений), сохранение в работе поврежденной линии и бесперебойное электроснабжение при замыканиях на землю являются важнейшими достоинствами сетей с изолированной нейтралью. Поэтому в нашей стране они получили широкое распространение для распределительных сетей напряжением 6-35 кВ всех промышленных предприятий, в том числе для сетей нефтяных промыслов, НПС, нефтеперерабатывающих заводов и т.д.

В то же время сети с изолированной нейтралью имеют ряд недостатков. Рассмотрим их.

 



Возникновение и обнаружение замыкания на землю в энергосистемах среднего напряжения с изолированной нейтралью

Методы заземления нейтрали

Режим работы промышленной энергосистемы среднего напряжения, которая гальванически развязана от электросети общего пользования, определяется методом заземления нейтрали на вторичной стороне передающего трансформатора.

How protection relay detects earth fault in MV power systems with isolated neutral Как защитное реле обнаруживает замыкание на землю в энергосистемах среднего напряжения с изолированной нейтралью

Для заземления нейтральных точек вторичной стороны передающих трансформаторов могут использоваться следующие методы заземления нейтрали:

  • Изолированный нейтральный,
  • Компенсация замыкания на землю или резонансное заземление нейтрали,
  • Низкоомное заземление нейтрали.

Силовые системы с низкоимпедансным заземлением нейтрали также включают в себя системы с изолированной нейтралью или с резонансным заземлением нейтрали, чья нейтральная точка временно заземляется при каждом замыкании на землю.

Заземление твердого нейтрали, которое не упомянуто, не особенно важно в промышленных энергосистемах среднего напряжения из-за высоких токов короткого замыкания на землю и возникающих в результате помех (ЭМС), заземления (допустимого напряжения прикосновения) и проблем с размерами. (необходим номинальный кратковременный выдерживаемый ток экрана кабеля).


Система питания с изолированной нейтралью

Система питания с изолированной нейтралью (рис. 1) определяется как система питания, в которой нейтральные точки трансформаторов и генераторов либо не связаны с землей, либо связаны только с землей через измерительные и защитные устройства с очень высоким сопротивлением или через защита от перенапряжения.

MV system with isolated neutral during an earth fault of line L1 MV system with isolated neutral during an earth fault of line L1 Рисунок 1 — Система среднего напряжения с изолированной нейтралью при замыкании на землю линии L1

Ток повреждения: I F = I CE = j × 3 × ω × C E × U LE ; I CE ≤ 30 A

Где:

  • C E — Емкость линии заземления
  • I CE — Емкостный ток замыкания на землю
  • U LE — Напряжение заземления (U LE = U LL / √3)
  • U EN — Напряжение смещения нейтрали
  • ω — Угловая частота (2 × π × ƒ)

Работа с изолированной нейтралью — это простейшая форма соединения нейтрали с защитой от замыканий на землю.В случае замыкания на землю смещение напряжения на землю происходит .

Это смещение напряжения, которое показано на рисунке 2 в виде векторной диаграммы , характеризуется тем, что нейтральная точка системы (нейтральная точка трансформатора) принимает полное напряжение звезды на землю, а линии без неисправностей увеличивают свои напряжения до земля от напряжения звезды до напряжения дельты.

Напряжение между линиями электропитания с защитой от замыкания на землю, с другой стороны, не изменяется.Из-за этого не возникает никакой реакции, которая является неблагоприятной для нагрузок, подключенных к энергосистеме, и работа может поддерживаться даже в случае замыкания на землю.

Vector diagram of the voltages and currents during an earth fault of line L1 in a system with isolated neutral Vector diagram of the voltages and currents during an earth fault of line L1 in a system with isolated neutral Рисунок 2 — Векторная диаграмма напряжений и токов при замыкании на землю линии L1 в системе с изолированной нейтралью

Где:

  • U L1 , U L2 , U L3 — Звездное напряжение линий L1, L2, L3
  • U L2 , U L3 — Звездное напряжение на безупречных фазах L2 и L3, увеличенное на коэффициент √3
    (перенапряжение промышленной частоты)
  • U EN или U en — Напряжение смещения нейтрали
  • I C-L2 или I C-L3 — емкостный зарядный ток линии L2 или L3
  • I CE — Емкостный ток замыкания на землю в месте повреждения

Однако смещение напряжения на землю приводит к тому, что емкостный ток замыкания на землю I CE всей энергосистемы протекает через место замыкания на землю.Этот ток замыкания на землю, который в значительной степени определяется емкостью заземления линий C E , имеет величину I CE ≈ 3 × ω × C E × U LE .

Для надежной работы промышленных кабельных сетей с изолированной нейтралью рекомендуется диапазон тока пробоя 10 A CE ≤ 30 A . В этом диапазоне можно ожидать, что как риск периодических замыканий на землю с высокими переходными перенапряжениями, так и тепловой эффект дуги замыкания на землю относительно невелики.

Из-за сравнительно низкого теплового напряжения при I CE <30 A дуга замыкания на землю может гореть дольше, не разрушая изоляцию неповрежденных проводников. Разрушение этой изоляции повлечет за собой серьезную опасность возникновения замыкания на землю, приводящего к двойному замыканию на землю или короткому замыканию.

Опасность распространения повреждения и риск двойного замыкания на землю могут быть предотвращены только при малых токах замыкания на землю, если избирательное замыкание на землю обнаружено выборочно и работа продолжается только в течение ограниченного времени.Как правило, ограничение времени на 3 часа для продолжительной работы должно быть достаточным для создания необходимых условий для устранения замыкания на землю без какого-либо неблагоприятного воздействия на производственный процесс.

Для определения местоположения замыкания на землю можно использовать реле SIPROTEC с чувствительным обнаружением замыкания на землю. Они измеряют емкостные остаточные токи. Остаточные токи бесперебойного и заземленного фидера отличаются по величине и направлению (рисунок 3).

Distribution of the residual currents on an earth fault in a system with isolated neutral Distribution of the residual currents on an earth fault in a system with isolated neutral Рисунок 3 — Распределение остаточных токов при замыкании на землю в системе с изолированной нейтралью

В безотказных фидерах все остаточные токи текут в одном направлении.Их величина зависит от величины соответствующего емкостного зарядного тока . Остаточный ток фидера с заземлением представляет собой сумму зарядных токов всех безотказных фидеров, протекающих в противоположном направлении.

Посредством измерения с учетом напряжения смещения нейтральной точки U и этого емкостного остаточного тока (измерение sinφ) реле SIPROTEC обнаруживает фидер с замыканием на землю.

Напряжение смещения нейтральной точки U и , необходимое для определения направления замыкания на землю, получается путем подключения однополюсных заземленных индуктивных трансформаторов напряжения (Рисунок 4).

Connection of single-pole-earthed inductive voltage transformers to measure the neutral-point displacement voltage Uen Connection of single-pole-earthed inductive voltage transformers to measure the neutral-point displacement voltage Uen Рисунок 4 — Подключение однополюсных заземленных индуктивных трансформаторов напряжения для измерения напряжения смещения нейтральной точки Uen

Если это используется в системе с изолированной нейтралью, существует риск релаксационных колебаний (феррорезонанс). Релаксационные колебания вызваны взаимодействием нелинейной индуктивности холостого хода трансформаторов напряжения, соединенных с землей, с емкостью заземления сети.

Релаксационные колебания, которые в основном возникают при гашении дуги замыкания на землю или при включении питания, переводят железный сердечник в насыщенное состояние и вызывают большие потери в сердечнике.

В результате этих высоких потерь в сердечнике трансформатор напряжения может быть перегружен термически и окончательно разрушен .

Самый простой и безопасный способ избежать релаксационных колебаний — это вставить омический демпфирующий резистор R D в обмотки защиты от замыкания на землю трех блоков трансформаторов напряжения, соединенных в открытой дельте (Рисунок 4). Демпфирующий резистор R D рассчитан на то, чтобы ни он, ни трансформатор напряжения не перегревались.

Таблица 1 содержит стандартные значения для демпфирующих резисторов, которые оказались удобными на практике.

Таблица 1 — Стандартные значения для демпфирующих резисторов R D

e-n или da-dn обмотка трансформатора напряжения Демпфирующий резистор R D
Номинальная тепловая мощность S r сек Номинальный длительный ток I Δ
75 Вт 4 A 25 Ом / 500 Вт
100 Вт 6 A 25 Ом / 500 Вт
150 Вт 8 A 12.5 Ом / 1000 Вт

Выбор R D основан на тепловой ограничительной мощности (номинальный длительный ток) обмотки e-n или da-dn трансформатора напряжения . Если эти стандартные значения не могут быть использованы, другие значения могут быть рассчитаны.

Расчет должен быть выполнен следующим образом (уравнения 1, 2, 3 и 4):

Dumping resistor calculations Dumping resistor calculations

Где:

  • R D-req Требуется демпфирующий резистор (минимальное значение)
  • R D-select выбранный демпфирующий резистор
  • P V-req требуемая тепловая нагрузка (минимальное значение)
  • P V-select выбранная тепловая нагрузка
  • U r сек Вторичное номинальное напряжение обмотки замыкания на землю
  • S r сек. Номинальная тепловая мощность

Пример

Пример расчета размеров демпфирующего резистора в соответствии с приведенными выше формулами ( R D-req и P V-req ): см. Таблицу 2 ниже.

Example of calculation of the damping resistor dimensioning Example of calculation of the damping resistor dimensioning Пример расчета размеров демпфирующего резистора

Таблица 2 — Расчет размеров демпфирующего резистора

Номинальное вторичное напряжение остаточного напряжения обмотки U r с = 100 В / 3
Номинальная тепловая ограничивающая мощность S r с = 30 ВА
Требуемый демпфирующий резистор в соотв. по формуле 1 R D-req = 64.2 Ω
Выбран демпфирующий резистор R D-select = 65 Ом
Требуемая тепловая нагрузка в соотв. по формуле 3 P V-req = 186,2 Вт
Номинальная тепловая нагрузка P V-select = 200 Вт

Еще одним негативным явлением в изолированных нейтральных системах являются уровни перенапряжения, которые приводят к чрезмерному напряжению напряжения на изоляции оборудования.

При возникновении замыкания на землю изменение емкостного заряда безупречных линий вызвано переходным процессом. Этот переходный процесс возникает как колебание средней частоты, которое кратковременно вызывает перенапряжение. Переходное перенапряжение при возникновении замыкания на землю может быть в в 3–3 раза больше напряжения звезды .

Это переходное перенапряжение контролируется уровнем изоляции, который стандартизирован и назначен для конкретного номинального напряжения элемента оборудования (Таблица 3).

Таблица 3 — Стандартизированные уровни изоляции в диапазоне 1 кВ м ≤ 36 кВ в соответствии с DIN EN 60071-1 или IEC 60071-1

Standardized insulation levels in the range 1 kV < Um ≤ 36 kV Standardized insulation levels in the range 1 kV < Um ≤ 36 kV Стандартизированные уровни изоляции в диапазоне 1 кВ
  1. Переменное напряжение с частотой от 48 Гц до 62 Гц и длительностью 60 с.
  2. Импульс напряжения с временем нарастания 1,2 мкс и временем до половины значения 50 мкс
  3. Для диапазона среднего напряжения 1 кВ м ≤ 36 кВ в стандарте не определен номинальный уровень импульса переключения.Это учитывается при согласовании изоляции с абсолютным значением 0,8 × U rp . Из-за более продолжительного времени до половины значения переходного перенапряжения U rSIL меньше, чем U rp .

Обработка длительных перенапряжений на частоте питания с помощью номинального напряжения оборудования кабельной сети (например, U м = 24 кВ при U нН = 20 кВ) обеспечивается, если отдельное замыкание на землю не существует дольше, чем 8 часов, а сумма всех времен замыкания на землю за год не превышает 125 часов.

Соблюдение этих сроков должно быть обеспечено при эксплуатации кабельных сетей с изолированной нейтралью.

Несмотря на свои отрицательные побочные эффекты (феррорезонанс, высокие переходные процессы и длительные перенапряжения на частоте мощности), работа с изолированной нейтралью очень важна для промышленных источников питания. Этот метод нейтрального заземления предпочтителен в небольших кабельных сетях и без (n – 1) резервирования.

Источник: Руководство по планированию для электростанций от Dr.-Ную. Hartmut Kiank и Dipl.-Ing. Вольфганг Фрут (Siemens)

,
Специальные вопросы обеспечения электробезопасности в сетях с изолированным нейтральным напряжением до 1000 В на горнодобывающих предприятиях

2.1 Введение

Одним из факторов поражения электрическим током является ослабление состояния изоляции трехфазной электрической сети с изолированным нулевым напряжением до и выше 1000 В. Чтобы обеспечить повышение КПД системы электроснабжения, необходимо разработать метод определения параметров изоляции под рабочим напряжением.Под эффективностью принимаем обеспечение роста электробезопасности и надежности при эксплуатации электроустановок напряжением до 1000 В и выше. Известный [1] метод определения параметров изоляции «Амперметр-Вольтметр» является классическим методом. , так как обеспечивает удовлетворительную точность неизвестных величин, но не обеспечивает безопасность работы электроустановок на производственных работах и ​​снижает надежность энергоснабжения промышленных машин и оборудования.Снижение надежности работы электроустановок и уровня электробезопасности при эксплуатации трехфазных электрических сетей до и выше 1000 В определили, что при использовании метода «Амперметр-Вольтметр» необходимо сделать металлическую цепь из сетевой фазы заземлить и измерить общий ток однофазного замыкания на землю. Поскольку во время металлического замыкания любой фазы к фазе заземления напряжение двух других фаз сети относительно земли достигает линейных значений и, таким образом, может привести к короткому замыканию в многофазной сети, что определяет надежность снижение мощности в производственном оборудовании.Снижение электробезопасности, определяемое тем, что в металлическом замыкании любой фазы электрической сети и земли, контактное напряжение и ступенчатое напряжение будет иметь максимальное значение, и тем самым обеспечивает максимальное увеличение вероятности поражения электрическим током людей.

2.2 Метод определения параметров изоляции в электрической сети с изолированной нейтралью

Метод, представленный в работе [6] определения параметров изоляции в трехфазной электрической сети с изолированным напряжением нейтрали выше 1000 В, на основе измерений Значения модулей линейного напряжения, напряжения нулевой последовательности и фазного напряжения относительно земли, когда подключена известная активная дополнительная проводимость между электрической сетью измеряемой фазы и земли, имеет существенную погрешность.Значительная погрешность определяется тем, что при определении параметров изоляции используют значение напряжения модуля нулевой последовательности, и, таким образом, необходимо использовать обмотки трансформатора напряжения, позволяющие распределить остаточное напряжение.

На основании вышеизложенных методов определения параметров изоляции в трехфазной сети с изолированным напряжением нейтрали до 1000 В и выше, что обеспечивает удовлетворительную точность неизвестных величин за счет исключения измерения модуля остаточного напряжения эксплуатационная безопасность электрических установок и надежность электрической системы, в связи с чем исключаются измерения общего тока модуля для однофазного замыкания на землю между фазой сети относительно земли.

Способ определения параметров изоляции в трехфазных симметричных сетях с напряжением до 1000 В и выше, на основе значений измерений модулей линейного напряжения, фазных напряжений А и С относительно земли после подключения дополнительных активная проводимость между фазой А и заземлением сети.

В результате измерения значений модулей линейного напряжения и фазного напряжения C и A относительно земли с учетом величины дополнительной активной проводимости по математическим формулам определены следующие:

г. = 1.73UlUАUC2-UA2go, E1

г = 3Ul2Ul2-3UA2UC2-UA22-10,5go, E2

b = y2-g20,5, E3

, где Ulis напряжение сети; UА — напряжение фазы А относительно земли; UСis — фазное напряжение относительно земли; и gois дополнительная активная проводимость.

Способ, разработанный при реализации, не требует создания специального измерительного прибора, поскольку измерительные приборы, то есть вольтметры, доступны в руководстве по эксплуатации. Сопротивление PE-200 используется в качестве активной дополнительной проводимости с R = 1000 Ом, где посредством параллельного и последовательного соединения обеспечивается необходимое рассеяние мощности.Для переключения в активном режиме ожидания используется датчик нагрузки с большей проводимостью.

Разработанный метод обеспечивает удовлетворительную точность и прост и безопасен при его внедрении в трехфазных электрических сетях с изолированным нулевым напряжением до 1000 В и выше.

2.3 Анализ погрешности метода определения параметров изоляции в электрической сети с изолированной нейтралью

Полученные математические зависимости для определения общей и активной проводимости изоляции электрических сетей обеспечивают простую и безопасную работу электроустановок напряжением до 1000 В.

Анализ погрешности разработанного метода определения параметров изоляции в симметричных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, основанного на измерении напряжения единичной линии, фазных напряжений C и A относительно земли после активного подключения дополнительной проводимости между фазой А и электрической сетью и землей.

Для повышения эффективности разработанного метода определения параметров изоляции в симметричной трехфазной сети с изолированной нейтралью на основе анализа ошибок для каждой конкретной сети подбирается дополнительная активная проводимость, чтобы обеспечить удовлетворительную точность необходимые количества.

Случайная относительная погрешность определения общей проводимости изоляции и ее компонентов в трехфазных сбалансированных сетях с напряжением до 1000 и более, на основе значений измерений модулей линейного напряжения, фазного напряжения C и A относительно заземление после подключения активной дополнительной проводимости между фазой и электрической сетью и землей определяется в соответствии с (1), (2) и (3).

Случайная относительная погрешность определения общей проводимости изоляции фазы сети относительно земли определяется по формуле (1):

y = 1.73UlUАUC2 ‐ UA2go,

, где Ul, UА, UС и значения Гоара, которые определяют общую проводимость изоляции сети и получены прямым измерением. Относительная среднеквадратичная ошибка в определении общей проводимости изоляции фазы сети относительно земли определяется из выражения [28, 29]:

Δy = 1y∂y∂UAΔUA2 + ∂y∂UCΔUC2 + ∂y∂UlΔUl2 + ∂y∂goΔgo20 .5, E4

, где ∂y∂UА, ∂y∂UС, ∂y∂Ul и ∂y∂ имеют частные производные y = f (Ul, UА, UС, go).

Здесь ΔUl, ΔUА, ΔUС и Δgo абсолютные погрешности значений прямых измерений Ul, UА, UС и gowhich, которые определяются следующими выражениями:

ΔUl = Ul × ΔUl ∗; ΔUС = UС × ΔUС ∗; ΔUА =; UА × ΔUА *; Δgo = идти × Δgo *.E5

Чтобы определить погрешности измерительных приборов, примем, что ΔUl ∗ = ΔUА ∗ = ΔUС ∗ = ΔU ∗, где: ΔU ∗ — относительная погрешность цепей измерения напряжения, а Δgо ∗ = ΔR ∗ — относительная погрешность измерения прибор, который измеряет сопротивление, которое подключено между электрической фазой А и землей. Определить функции частных производных y = f (Ul, UА, UС, go) по переменным Ul, UА, UС, go:

∂y∂Ul = 1.73UАUC2 − UA2go; ∂y∂UА = 1.73UlUC2 + UA2UC2− UA22go; ∂y∂UС = -3.46UlUАUСUC2-UA22go; ∂y∂go = 1.73UlUАUC2-UA2.E6

Решение уравнения. (4), подставляя значения частных производных уравнения. (6) и частные значения абсолютных ошибок (5), в то же время, предполагая, что ΔU ∗ = ΔR ∗ = Δ, получим:

εy = ΔyΔ = 1.73UlUАgoUC2-UA22 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2-UA220, 5.E7

Полученное уравнение. (7) делится на формулу. (1):

εy = ΔyΔ = 2 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2-UA220,5E8

Полученное уравнение. (8) выражается в относительных единицах, и после преобразования получаем:

εy = ΔyΔ = 2 + 4 + 1 + U ∗ 221-U ∗ 220,5, E9

, где U ∗ = UAUC.

Случайная ошибка в определении активной проводимости изоляции фазы сети относительно земли определяется по формуле (2):

г = 3Ul2Ul2-3UA2UC2-UA22-10.5go,

где UL, UА, UС и Goare значения, определяющие активную проводимость изоляции сети и полученные прямым измерением.

Относительная среднеквадратическая погрешность метода при определении активной проводимости фазовой изоляции электрической сети относительно земли определяется из выражения:

Δg = 1g∂g∂UAΔUA2 + ∂g∂UCΔUC2 + ∂g∂UlΔUl2 + ∂g∂ goΔgo20.5, E10

, где ∂g∂UА, ∂g∂UС, ∂g∂Ul и ∂g∂goare являются частными производными, g = f (Ul, UА, UС, go).

Здесь ΔUl, ΔUА, ΔUС и Δgo абсолютные погрешности значений прямых измерений Ul, UА, UС и go, которые определяются следующими выражениями:

ΔUl = Ul⋅ΔUl ∗; ΔUС = UС⋅ΔUС ∗; ΔUА = UА⋅ΔUА ∗; Δgo = go⋅Δgo ∗ .E11

Для определения точности измерительных приборов примем, что ΔUl ∗ = ΔUА ∗ = ΔUС ∗ = ΔU ∗, где ΔU ∗ — относительная погрешность цепей измерения напряжения и Δgо ∗ = ΔR ∗ — относительная погрешность измерительного прибора, который измеряет сопротивление, которое подключено между электрической фазой А и землей.

Определить частные производные g = f (Ul, UА, UС, go) по переменным Ul, UА, UС и go:

∂g∂Ul = 3Ul2Ul2−3UA22UC2-UA22go; ∂g∂UА = −3Ul2UА3UC2 + 3UA2−2Ul2UC2 − UA23go; ∂g∂UC = −6Ul2UCUl2−3UА2UC2 − UA23go; ∂g∂go = 3Ul2Ul2−3UA22UC2 − UA2−0.5.E12

Решить уравнение (10), подставляя значения частных производных уравнения. (12) и значения частичных абсолютных ошибок (11), в то же время, предполагая, что ΔU ∗ = ΔR ∗ = Δ, получим:

ΔgΔ = 3goUC2-UA23UC2-UA222Ul4Ul2-3UA22-UC2-UA24 ++ Ul4UA43UC2-UA2-2Ul22 + UC4Ul2-3UA220.5E13

Полученное уравнение (13) делится на формулу (2):

εg = ΔgΔ = 2Ul4Ul2−3UA22 − UC2 − UA243Ul2Ul2−3UA2 − UC2 − UA222 ++ Ul4UA43UC2 − UA2−2Ul22 + UC4Ul2−3UA22UC2 − UA222U2U2 9212U2

U2

U22000U22000 U2 результирующее уравнение (14) значение линейного напряжения выражается через фазные напряжения в соответствии с тем, что Ul = 1,73Uф:

εg = ΔgΔ = 318Uph5Uph3-UA22-UC2-UA2427Uph3Uph3-UA2-UC2-UA222 ++ 3Uph5UA4UC2-UA2-2Uph32 + UC4Uph3-UA22UC2-UA2227Uph3Uph3-UA2-UC2-UA2220.5E15

Упрощая формулу (15), мы получаем уравнение.(16):

εg = 327Uph3Uph3-UA2-UC2-UA2218Uph5Uph3-UA22-UC2-UA24 ++ 3Uph5UA4UC2-UA2-2Uph32UC2-UA22 ++ UC4Uph3-UA22UC2-UA220.5E16

000 (16) выражается в относительных единицах и после преобразования получаем:

εg = ΔgΔ = 3271-UA ∗ 2-UC ∗ 2-UA ∗ 22181-UA ∗ 22-UC ∗ 2-UA ∗ 24 ++ 3UA ∗ 4UC ∗ 2-UA ∗ 2−22UC ∗ 2-UA ∗ 22 ++ UC ∗ 41-UA ∗ 22UC2-UA220.5, E17

где UА ∗ = UAUphand UС ∗ = UСUph.

Метод относительной среднеквадратичной ошибки для определения проводимости фаз емкостной изоляции сетей относительно земли определяется выражением (3):

Δb = 1b∂b∂yΔy2 + ∂b∂gΔg20.5, E18

или

εb = ΔbΔ = 1 − tan2δ2ΔyΔ2 + ΔgΔ20,5tan2δ.E19

Решающее уравнение. (19) и подставив значения математических описаний относительных среднеквадратичных зависимостей общей (8) и активной (16) проводимости электроизоляции фазовой изоляции относительно наземной фазы, получим следующее уравнение:

εb = ΔbΔ = 1 −tan2δ22 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2 − UA22 ++ 927Uph3Uph3 − UA2-UC2-UA222 × × 18Uph3Uph3 − UA22 − UC2-UA24 ++ 3Uph5UA4UC2 − UA2−2Uph32 + UC4Uph3-UA22UC2 − UA22UC2.(21) выражается в относительных единицах и после преобразования получаем:

εb = ΔbΔ = 1 − tan2δ22 + 4UC ∗ 4 + UC ∗ 2 + UA ∗ 22UC ∗ 2-UA ∗ 22 ++ 9271-UA ∗ 2 -uc * 2-UA * 222 ×× 181-UA * 22UC * 2-UA * 24 * ++ 3uA 4UC * 2-UA * 2-22 + UC * 41-UA * 22UC * 2-UA * 22tan2δ0 .5.E21

На основании результатов случайных относительных среднеквадратичных ошибок при определении активной, емкостной и общей проводимости фазовой развязки сети относительно земли, построить зависимость:

εy = Δy ∗ Δ = fU ∗;

εg = Δg ∗ Δ = fUА ∗ UС ∗;

εb = Δb ∗ Δ = fUA ∗ UC ∗ tanδ,

показано на рисунках 1–3.Математическая зависимость относительных среднеквадратичных ошибок суммарной εy, активной εg и емкостной εb проводимости фазовой изоляции электрической сети с изолированной нейтралью на графических иллюстрациях (рисунки 1–3) характеризует изменение ошибки в зависимости от величины дополнительная активная проводимость gо, которая вставляется между A-фазой электрической сети и землей.

Рисунок 1.

Анализ погрешности определения общей проводимости изоляции сети.

Рисунок 2.

Анализ погрешности определения активной проводимости изоляции сети. UC ∗ = 1,1; 1.2; 1,3; 1.4.

Рисунок 3.

Анализ погрешности определения емкостной проводимости изоляции сети при tan δ = 1,0. UC ∗ = 1,1; 1.2; 1,3; 1.4.

При определении параметров изоляции в симметричной трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью на основе метода анализа погрешности для каждой конкретной сети выбирают дополнительную активную проводимость, чтобы обеспечить требуемую удовлетворительную точность.

При определении общей проводимости изоляции фаз сети относительно земли выбирается такая дополнительная активная проводимость, значения которой находились в пределах U ∗ = 0,2–0,8, в то же время, как показано на рисунке 1, ошибка не превышает 5%. при использовании измерительных приборов с классом точности 1,0 и 2,5% при использовании измерительных приборов с классом точности 0,5.

При определении значения активной проводимости в трехфазной электрической сети с изолированным напряжением нейтрали до 1000 В и выше выберите это дополнительное значение gо, чтобы UА ∗ = 0.2–0,8, когда UС ∗ = 1,1–1,6, то, исходя из графических иллюстраций рисунка 2, ошибка не превышает 3,5% при использовании измерительных приборов с классом точности 1,0.

При определении емкостной фазовой развязки сетевой проводимости относительно выбора земли дополнительной активной проводимости, основанной на графических иллюстрациях рисунка 3, так что UА ∗ = 0,2–0,8, когда UС ∗ = 1,1–1,6, когда tan δ = 1,0, обеспечить погрешность до 4% при использовании измерительных приборов с классом точности 1,0.

Следует отметить, что при использовании средств измерений с классом точности 0.5, ошибки εy — общего, εg — активного, εb — емкостного сопротивления изоляции уменьшены вдвое, чтобы обеспечить более надежные данные при определении параметров изоляции разработанным способом.

Согласно исследованиям, проведенным профессором Л. Гладилиным, был разработан метод определения параметров изоляции в сетях с изолированным нейтральным напряжением до 1000 В (метод амперметр-вольтметр) [1]. Недостатком метода амперметр-вольтметр является производство однофазного тока измерения замыкания на землю при исследовании трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.При измерении тока однофазного замыкания на землю в трехфазной электрической сети величина фазного напряжения равна нулю. Напряжения двух других фаз достигают линейного значения, это может привести к двух- или трехфазному короткому замыканию, и это аварийный режим работы. Это приводит к перебоям в питании, а также к увеличению контактного напряжения, что опасно при работе горных машин и систем [1].

Разработанный метод обеспечивает удовлетворительную точность при определении параметров изоляции, а также простоту и безопасность производственных работ в существующих электроустановках напряжением до 1000 В.

Сначала определите замыкания на землю и состояние нейтрали, а затем защиту …

Замыкания на землю и состояние нейтрали

Чтобы идентифицировать замыканий на землю в сети и, следовательно, обеспечить эффективную защиту, необходимо подробно знать, как работает нейтраль. Идентификация замыканий на землю производится с помощью измерений напряжения и / или гомополярного тока, и поэтому знание наличия и порядка этих параметров является основополагающим для возможности выбора и настройки системы защиты.

First, identify ground faults and status of the neutral and then protection... Определите защиту, но сначала определите замыкания на землю и состояние нейтрали (фото предоставлено ABB)

В отличие от защит от перегрузки или многофазного короткого замыкания, сигнал (напряжение или ток), как правило, не поступает на защитные устройства, которые должны идентифицировать замыкания на землю, но, с другой стороны, возникает только в случае замыкания на землю в сети.

Это условие делает систему защиты очень простой , для которой обычно требуется только один порог (напряжение и / или ток) с относительно коротким временем срабатывания.

Анализируя различные типы состояния нейтрали, можно определить типы защит, которые могут быть связаны.

  1. Изолированный нейтральный
  2. Твердо заземленный нейтральный
  3. Заземление нейтрали с помощью сопротивления
  4. Нейтральное заземление с помощью импеданса (катушка Петерсена)

1. Изолированная нейтральная

В сетях с изолированной нейтралью циркуляция гомополярного тока не создается намеренно (посредством систем заземления) в случае повреждения между фазой и землей.Тем не менее, существует циркуляция гомополярного тока на заводе, связанная с возможностями заземления фаз машин и кабелей (что касается трансформаторов, то емкость между фазой и землей очень мала, и их можно не заметить).

Сложность (при любой установке, в которой может работать сеть) заключается в возможности определения замыканий на землю с использованием селективных защит, которые измеряют ток повреждения, может быть выведено из этого.

Единственный способ обеспечить идентификацию неисправности — это измерение гомополярного напряжения .Гомополярное напряжение — это напряжение, обычно равное нулю при отсутствии замыкания и отличающееся от нуля только при наличии замыкания фазы на землю.

К сожалению, гомополярная защита по напряжению (как и все другие защиты по напряжению) не относится к селективному типу. Это означает, что он (гомополярная защита по напряжению) не может идентифицировать положение неисправности, но может только указать, что в сети имеется неисправность без указания ее положения.

Networks with isolated neutral Networks with isolated neutral Сети с изолированной нейтралью

Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:

  • Гомополярный ток только от емкостного вклада (работа металлически связанной сети) переменного значения в любом случае и, как правило, не гарантируется для всех условий, в которых может работать сеть.Идентификация неисправностей не всегда определена посредством измерений гомополярного тока.
  • Гомополярное напряжение всегда присутствует в случае замыкания на землю. Следовательно, это определенная идентификация, но с неопределенностью, связанной с положением неисправности, поскольку вольтметрический сигнал практически одинаков для всей сети и не позволяет выборочную идентификацию.
  • Угол между напряжением и гомополярным током — ток заранее на 90 ° по сравнению с напряжением (емкостный тип сети).

Вернуться к нейтральным статусам ↑


2. Твердо заземленный нейтральный

При полностью заземленной нейтрали ток однофазного замыкания на землю имеет тот же порядок величины, что и ток короткого замыкания при многофазных замыканиях.

Следовательно, возможна простая и выборочная идентификация неисправностей с помощью защит , которые измеряют гомополярный ток, возможно (или гомополярная защита может быть даже опущена и используется только фазовая защита).

Networks with solidly grounded neutral Networks with solidly grounded neutral Сети с надежно заземленной нейтралью

Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:

Гомополярный ток высокого значения — Поэтому идентификация неисправностей посредством измерения тока всегда определена и избирательного типа (часть сетевого места неисправности может быть идентифицирована правильно).

Гомополярное напряжение — , если это напряжение измеряется между точкой звезды и землей, напряжение равно нулю, тогда как, если измеряется векторная сумма трехфазных напряжений, оно отличается от нуля и указывает на наличие неисправности в сети. (но не избирательного типа).

Угол между напряжением и гомополярным током — ток запаздывает (типичные значения 75-85 °) по сравнению с напряжением (индуктивный тип сетевого источника).

Вернуться к нейтральным статусам ↑

3. Нейтральное заземление с помощью сопротивления

Заземление нейтрали с помощью сопротивления позволяет получить определенный ток в случае неисправности и, следовательно, иметь возможность осуществлять селективную защиту сети.

В зависимости от значения установленного сопротивления, могут быть получены значения тока повреждения, которые выше или меньше, но:

  • Чем меньше ток повреждения, тем меньше повреждение оборудования.
  • Чем выше ток короткого замыкания, тем легче определить неисправность (и требуется защита с более низкой чувствительностью).
Networks with neutral grounded by means of resistance Networks with neutral grounded by means of resistance Сети с нейтралью, заземленные с помощью сопротивления

Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:

Гомополярный ток известного значения. Выявление неисправностей возможно путем измерения гомополярного тока. Следовательно, защита имеет избирательный характер.

Гомополярное напряжение — если это напряжение измеряется между точкой звезды и землей, напряжение изменяется в зависимости от значения сопротивления заземления. Для заземляющих сопротивлений высокого значения человек возвращается в положение изолированной нейтрали, для заземляющих сопротивлений очень малого значения — обратно в ситуацию твердозаземленной нейтрали.

Если измеряется векторная сумма трехфазных напряжений, она отличается от нуля и указывает на неисправность в сети (но не избирательного типа).

Угол между напряжением и гомополярным током — теоретически равен нулю (по фазе). В действительности, угол в любом случае является емкостным для вклада в общую емкость сети.

Существуют различные способы создания заземления сети в соответствии с в зависимости от наличия или отсутствия звездной точки , как показано на рисунке.

Methods to create network grounding according to the availability or lack thereof of the star point Methods to create network grounding according to the availability or lack thereof of the star point Методы создания заземления сети в зависимости от наличия или отсутствия звездной точки (нажмите, чтобы развернуть)

Вернуться к нейтральным статусам ↑


4.Нейтраль заземлена импедансом

катушка Петерсена

Заземление нейтрали с помощью импеданса позволяет компенсировать емкостные токи сети и, следовательно, уменьшить ток до относительно небольших значений в случае неисправности (в Италии коммунальные службы ограничивают ток замыкания до 40-50 А) и с углом повреждения, равным нулю (компенсированная сеть).

Networks with neutral grounded by means of impedance (Petersen coil) Networks with neutral grounded by means of impedance (Petersen coil) Сети с нейтралью, заземленной с помощью импеданса (катушка Петерсена)

Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:

Гомополярный ток известного значения — Возможна идентификация неисправностей посредством измерения гомополярного тока.Следовательно, защита имеет избирательный характер.

Гомополярное напряжение — Измерение векторной суммы трехфазных напряжений отличается от нуля и указывает на неисправность в сети (но не избирательного типа).

Угол между гомополярным напряжением и током — Теоретически равен нулю (сеть настроена). На самом деле, угол может в любом случае немного отличаться как заранее, так и с задержкой в ​​соответствии с настройкой реактивного сопротивления компенсации и изменениями в настройке сети.

Вернуться к нейтральным статусам ↑


Измерение тока замыкания на землю и идентификация поврежденной фазы

С момента появления, в первую очередь, электронных, а затем цифровых защит, которые имеют низкое поглощение в токовой цепи, стало возможным использование трансформаторов тока кольцевого типа (которые обычно дают очень малые характеристики). Это позволяет измерять векторную сумму потока вместо векторной суммы трех токов (остаточное соединение).

Holmgreen connection - connection principle when the earth-fault current is measured through the residual connection of the three phase CTs Holmgreen connection - connection principle when the earth-fault current is measured through the residual connection of the three phase CTs Соединение Holmgreen — принцип соединения, когда ток замыкания на землю измеряется через остаточное соединение трехфазных ТТ. Стабилизирующий резистор соединен последовательно с токовым входом замыкания на землю защитного реле. Назначение резистора, зависящего от напряжения, состоит в том, чтобы ограничить напряжение вторичной цепи до безопасного уровня. Потребность в VDR зависит от конкретного случая и может быть проверена расчетом.

Когда гомополярная защита от сверхтока подключена к остаточному соединению фазовых ТТ (соединение Holmgreen ), она выполняет векторную сумму токов.Поэтому на результат влияют апериодические компоненты, связанные с намагничиванием трансформаторов или с запуском двигателя.

В этом случае требуются очень консервативные настройки защит, и их стабильность обычно не гарантируется (риск нежелательных отключений). Поэтому предлагается систематически использовать (очевидно, где это возможно) ТТ кольцевого типа, связанных с гомополярной защитой от сверхтока .

В случае, когда необходимо определить, какая из фаз является местом замыкания на землю, идентификация возможна с использованием защиты от пониженного напряжения с измерением для каждой независимой фазы, подключенной между фазой и землей (очевидно, для вторичной обмотки VT).

Справочник // Полное руководство по хорошей защите сетей среднего напряжения ABB

,

Монтаж заземляющих устройств (TNC, TN-S, TNC-S, TT)

Заземление сетей низкого напряжения

Заземление низковольтных сетей в Великобритании во многом определяется поставками Low Voltage . Однако, если входные источники питания находятся на напряжении 11 кВ, а трансформаторы находятся в собственности пользователя, источники низкого напряжения могут быть заземлены менее обычным способом с использованием высокого импеданса. Эта договоренность не разрешена для общественных поставок.

Erection Procedures of Earthing Arrangements (TNC, TN-S, TNC-S and TT) Erection Procedures of Earthing Arrangements (TNC, TN-S, TNC-S and TT) Процедуры монтажа заземляющих устройств (TNC, TN-S, TNC-S и TT) — фото предоставлено: Edvard CSANYI

Тем не менее, это полезная система, когда более важно поддерживать расходные материалы, чем устранять первое замыкание на землю.

ПРИМЕР :: Схема аварийного освещения для эвакуации персонала из опасной зоны могла бы использовать систему с высоким импедансом, если считалось менее опасным обслуживать источники питания после первого замыкания на землю, чем полностью отключать свет. Канальный туннель может быть таким случаем.

Даже в этих условиях первоначальное замыкание на землю должно быть исправлено как можно быстрее.

Более обычные заземляющие устройства:

  • TN-C , где земля и нейтраль объединены (PEN) и
  • TN-S , где они разделены (5 проводов) или
  • TN-C-S .

Последнее очень распространено, так как позволяет однофазным нагрузкам питаться по фазе и нейтрали с помощью совершенно отдельной системы заземления, соединяющей вместе все открытые проводящие части, прежде чем подключать их к проводнику PEN через главную клемму заземления, которая также подключена к нейтральному терминалу.

Earthing concepts Earthing concepts Концепции заземления

Для защитных проводников из того же материала, что и фазовый проводник, площадь поперечного сечения должна быть такой же, как и у фазового проводника до 16 мм 2 . ВАЖНО: Если проводник фазы больше 16 мм 2 , защитный проводник может оставаться на 16 мм 2 до тех пор, пока проводник фазы не станет 35 мм 2 , после чего защитный проводник должен быть вдвое меньше. фазового проводника.

Для проводников, которые не из того же материала, площадь поперечного сечения должна быть скорректирована в соотношениях коэффициента k из таблицы 43A в BS 7671. Коэффициент k учитывает удельное сопротивление, температурный коэффициент и теплоемкость материалы проводника и начальных и конечных температур.

Наконец, существует система TT, которая использует материнскую землю как часть возврата земли.

Нейтральная и заземленная части соединены вместе только через систему электродов с заземлением источника (и нейтрали). Чтобы убедиться, что обычные системы являются удовлетворительными, то есть, что защита работает при возникновении замыкания на землю, необходимо рассчитать полное сопротивление контура замыкания на землю (Z с ) и убедиться, что ток короткого замыкания через него вызовет защита для работы.

Это довольно утомительный процесс, который включает в себя вычисление импедансов, обеспечиваемых не только возвратом земли, но и:

  1. фазный проводник
  2. Трансформатор питания
  3. Сеть поставок
  4. Любое нейтральное сопротивление.

Эта информация должна быть запрошена заранее. Распределитель электроэнергии должен иметь возможность определить уровень неисправности или эквивалентный импеданс питающей сети, а изготовитель может предоставить соответствующие импедансы для трансформатора.

Однако для получения ответов потребуется время, поэтому запросы следует начинать в начале проекта.

На подстанции будут размещаться автоматические выключатели с предохранителями для подключения основных кабелей к распределительным щитам и центрам управления двигателями. Эти защитные устройства должны отличаться от тех, которые находятся ниже по линии, приближаясь к предельным нагрузкам. Таким образом, системное исследование должно установить правильные оценки оборудования подстанции, чтобы различать распределительную сеть.

Заземление оборудования должно быть электрически завершено и подтверждено механически надежным и герметичным.

Earthing bolt on the switchboard roof Earthing bolt on the switchboard roof Заземляющий болт на крыше распределительного щита

Проводники заземления (, ранее называвшиеся заземляющими проводами ) должны быть проверены на соответствие правилам IEE, то есть они не должны быть алюминиевыми, и они должны быть не менее 25 мм 2 для меди и 50 мм 2 для стали , если они не защищены от коррозии.Эти проводники предназначены для подключения к заземляющим электродам.

Защитные проводники, ранее известные как проводники заземления , также должны соответствовать BS 7671 (Правила IEE) и в целом для фазных проводников с длиной менее 16 мм 2 ; это означает, что защитные проводники должны быть того же размера, что и фазовые проводники. Когда фазовый проводник превышает 16 мм 2 , защитный проводник остается на 16 мм 2 до тех пор, пока фазовый провод не станет 35 мм 2 , после чего защитный проводник должен составлять половину площади поперечного сечения фазового проводника. ,

Еще один важный момент, который следует отметить, заключается в том, что заземляющий проводник к заземляющему электроду должен иметь четкую и постоянную маркировку « БЕЗОПАСНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ — НЕ УДАЛЯЙТЕ », и его следует размещать на месте соединения проводника с электродом.

Label: SAFETY ELECTRICAL CONNECTION – DO NOT REMOVE Label: SAFETY ELECTRICAL CONNECTION – DO NOT REMOVE Метка: БЕЗОПАСНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ — НЕ УДАЛЯЙТЕ

Номиналы предохранителей также следует проверять по отношению к другим номиналам предохранителей в цепи питания или настройкам защитных реле для обеспечения правильной последовательности работы и различения.Должны быть заполнены схемы для распределительных щитов и установлены обозначения для обеспечения безопасной работы выключателей и изоляторов.

Все испытания должны проводиться в соответствии с требованиями BS 7671, часть 7, и сертификатом на электрическую установку, выданным подрядчиком лицу, заказывающему работы.

Многие установки теперь включают в себя защитные устройства с защитой от тока и неисправности. Они также должны быть проверены с использованием соответствующего испытательного оборудования, подробное описание которого можно найти в BS 7671 или для более сложной аппаратуры в BS 7430 и Руководства, которые публикуются отдельно, и усиливают требования в Британском стандарте.

Номинальные напряжения в настоящее время:

  • 230 В + 10% и -6%
  • 400 В + 10% и -6%

Ссылка: Справочник по электромонтажу, четвертое издание — Eur Ing GEOFFREY STOKES

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *