Эффективно заземленная нейтраль

При эффективном и глухо заземлении нейтрали всякое замыкание одной фазы является однофазным КЗ, сопровождающимся значительным током через место повреждения, и должно привести к срабатыванию защитных устройств, отключающих поврежденный участок от системы. На мощных подстанциях токи замыкания на землю могут достигать десятков килоампер. Чтобы частые отключения линий из-за замыканий на землю не нарушали надежности питания потребителей, на таких линиях применяют однофазное или трехфазное автоматическое  повторное включение (АПВ).

Наибольшее распространение среди систем высокого напряжения получили системы с эффективно заземленными нейтралями. У таких систем нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов заземлены наглухо или через реакторы с небольшим индуктивным сопротивлением с таким расчетом, чтобы при замыкании напряжения неповрежденных фаз относительно земли не превышали 1,4 Uф, а однофазный ток КЗ в любой точке системы был не менее 60 % тока трехфазного КЗ в той же точке. В системах с эффективно заземленной нейтралью кратность внутренних перенапряжений (k = Uвн / Uф) в момент замыкания не превышает 2,5.

Глухое и эффективное заземление нейтралей предупреждает возникновение в системе дуговых перенапряжений большого значения и приводит к облегчению их изоляции по отношению к земле, а следовательно, к снижению затрат на их сооружение; причем экономия в затратах увеличивается с ростом напряжения системы.

Системы с эффективно и глухозаземленной нейтралью относят к системам с большими токами замыкания на землю (Iз > 500 А).

 

Для ограничения токов замыкания на землю искусственно увеличивают сопротивление нулевой  последовательности Zо за счет заземления только части нейтралей трансформаторов (одного или двух) на подстанции или заземления нейтралей через сопротивления. Однако такое увеличение приводит к дополнительному повышению напряжения на неповрежденных фазах при несимметрии КЗ.

Система с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим систему с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыкании на землю фазы (рисунок а)). В этом случае напряжения на неповрежденных фазах определяют из выражений:

Ub’ = — ((3*Zо + j√3*(Zо + 2*Z2) / (2*(Z1+Z2+Zо)) * Еэ;

Uc’ = — ((3*Zо — j√3*(Zо + 2*Z2) / (2*(Z1+Z2+Zо)) * Еэ,

где Еэ — ЭДС эквивалентного генератора, численно равная напряжению в месте КЗ перед его возникновением.

Ток однофазного замыкания определяется суммой токов прямой, обратной и нулевой последовательностей, то есть:

Iз = Ia1+Ia2+Iaо = 3*Ia1,

где Ia1 = Ia2 = Iaо

На рисунке б) представлена векторная диаграмма при КЗ фазы L1 для системы с индуктивными сопротивлениями.

Векторная диаграмма получается симметричной, поскольку IUc’I = IUb’I, а концы векторов Uc’ и Ub’ скользят по прямым, параллельным вектору Uл.

Внутренние перенапряжения в системе зависят от числа заземленных нейтралей трансформаторов. Чем больше это число, тем меньше значения перенапряжений. Однако заземление большого количества нейтралей приводит к значительному увеличению тока однофазного КЗ. Поэтому, например, в системах напряжением 110 В заземляют столько нейтралей трансформаторов, сколько необходимо для создания эффективного режима работы нейтрали в системе. Иногда для уменьшения однофазного тока КЗ нейтрали трансформаторов заземляют через активное или индуктивное сопротивление. При заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление ток в месте повреждения будет значительно больше емкостного тока замыкания на землю, но не более допустимых значений, ограниченных появлением устойчивого дугового замыкания на землю. Такое заземление нейтрали повышает устойчивость системы при однофазных замыканиях на землю и ограничивает коммутационные перенапряжения до допустимых пределов.

При заземлении нейтрали через активное сопротивление ток в месте повреждения будет больше емкостного тока замыкания на землю, но меньше, чем при заземлении нейтрали через индуктивное сопротивление. Напряжения на неповрежденных фазах при этом достигают значений (1,73 — 1,9) Uф. При правильно выбранном значении активного сопротивления устойчивость системы при однофазных замыканиях выше, чем при глухом заземлении нейтрали. Надежность заземления нейтрали через активное сопротивление выше, чем через индуктивное. Однако введение в нейтраль индуктивного сопротивления (реактора) для ограничения тока однофазного  КЗ является более экономичным, чем заземление нейтрали через активное сопротивление. Последнее находит применение при заземлении нейтралей генераторов.

Основными недостатками систем с эффективно и глухозаземленной нейтралью являются: любое однофазное замыкание на землю равносильно КЗ и релейная защита немедленно отключает поврежденный участок (нарушается бесперебойность электроснабжения, что требует для ограничения бестоковых пауз применения быстродействующих АПВ и выполнения систем с резервированием для наиболее ответственных потребителей); значительное электромагнитное влияние на линии связи; удорожание релейной защиты в связи  с устройством ее в трехфазном исполнении; значительные токи КЗ, приводящие к механическому разрушению  электрооборудования; опасность поражения людей из-за больших напряжений прикосновения и шага и токов КЗ при однофазном замыкании на землю; значительное увеличение затрат на ЗУ.

От Aleksandr