Сеть с изолированной нейтралью это: Что такое изолированная нейтраль и где она применяется?

Изолированная нейтраль — в процессе передачи, распределения и потребления электрической энергии применяется симметричная 3-фазная система. Такую симметричность можно достичь, приведя в одинаковое положение линейные и фазные напряжения. Поэтому на всех фазах создается равномерная нагрузка по току, равный фазный сдвиг напряжений и токов.

Но при эксплуатации такой системы часто возникают аварийные режимы, приводящие к различным неисправностям проводников. Вследствие этого возникает нарушение симметричности трехфазной системы. Такие нарушения необходимо быстро устранять. На это оказывает большое влияние быстродействие релейной защиты.

Ее правильное функционирование зависит от нейтралей, которые бывают изолированными или глухозаземленными. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества, и используется в соответствующих условиях работы. От технического состояния релейной защиты зависит ее нормальная эксплуатация.

Устройство

Изолированная нейтраль создает режим, который нашел применение в российских энергосистемах для трансформаторов, а также генераторов. Их нейтральные точки не имеют соединения с контуром заземления. В сетях высокого напряжения (от 6 до 10 кВ) нейтральная точка не обязательна, так как обмотки трансформаторов выполнены по схеме треугольника.

По правилам имеется возможность ограничить режим изолированной нейтрали током емкости. Этот ток возникает при замыкании одной фазы.

Ток замыкания можно компенсировать путем использования дугогасящих реакторов в следующих случаях:

• Более 30 А, напряжение от 3 до 6 кВ.
• Больше 20 А, напряжение 10 кВ.
• Ток более 15 А, напряжение от 15 до 20 кВ.
• Ток больше 10 А, напряжение от 3 до 20 кВ, с опорами линий передач электроэнергии.
• Все сети питания на напряжение 35 кВ.
• В группе «генератор-трансформатор» при нагрузке 5 А и напряжении на генераторе от 6 до 20 кВ.

Допускается производить компенсацию тока замыкания на заземляющий контур путем замены ее на заземление нейтрали специальным резистором. В таком случае порядок действия релейной защиты изменится. Изолированная нейтраль впервые была заземлена в электрических устройствах с небольшой величиной напряжения.

В отечественных сетях питания изолированная нейтраль применяется в:

• 2-проводных сетях постоянного тока.
• 3-фазных сетях переменного тока до 1 кВ.
• 3-фазных сетях от 6 до 35 киловольт при условии допустимого тока замыкания.
• Низковольтных сетях, имеющих защитные устройства в виде разделяющих трансформаторов, защитной изоляции, для создания безопасных условий человека.

Принцип действия

Изолированная нейтраль применяется в схемах сетей питания в случаях соединения вторичных обмоток трансформаторов по схеме треугольника, а также при невозможности отключения питания при аварии. Поэтому точка нейтрали отсутствует.

Замыкание фазы на землю не считается коротким при схеме сети с изолированной нейтралью, так как нет соединения между землей и проводниками сети. Но это не значит, что не будет тока утечки при замыкании.

Это объясняется тем, что изоляция кабеля – это не абсолютный диэлектрик, как и другие изоляторы, которые имеют некую минимальную проводимость. Чем больше длина линии, тем выше ток утечки. Представим жилу кабеля обкладкой конденсатора. Второй обкладкой будет земля. Воздух и изоляция будет диэлектриком между токоведущими частями без напряжения, и кабелем. Емкость такого воображаемого конденсатора будет тем выше, чем длиннее линия передач.

Сеть с изолированной нейтралью представляет собой цепь замещения, учитывая удельную электроемкость сети и сопротивление изоляции. Это изображено на рисунке.

Такие компоненты цепи создают ток утечки. При различных условиях в таких сетях 380 вольт ток утечки незначителен, и составляет несколько миллиампер. Несмотря на это, такое замыкание приводит к аварии сети, хотя сеть еще может некоторое время работать.

Нельзя забывать, что в аналогичных сетях при замыкании 1-фазы на землю значительно повышается напряжение между землей и исправными фазами. Это напряжение приближается к величине 380 вольт (линейное напряжение). Этот факт может привести к удару электрическим током электротехнических работников.

Также, изолированная нейтраль при замыкании одной фазы на землю способствует пробиванию изоляции и появлению замыкания на других фазах, то есть, может возникнуть межфазное замыкание с большими токами. Чтобы обеспечить защиту в такой ситуации, необходимы плавкие вставки или автоматические выключатели.

Двойное замыкание на землю очень опасно для работников, обслуживающих сети. Поэтому, если в сети имеется однофазное замыкание, то такую сеть считают аварийной, так как условия безопасности резко снижаются. Наличие «земли» повышает опасность удара током при касании к элементам под напряжением. Поэтому замыкания даже одной фазы на землю немедленно должны устраняться.

Незначительная величина тока 1-фазного замыкания при изолированной нейтрали является причиной такого фактора, что такое замыкание невозможно отключить предохранителями и автоматами защиты. Поэтому потребуется вспомогательные релейные электроустановки, которые предупредят об аварийном режиме.

Эта система питания требует значительного числа сигнализаций и защитных устройств, а к работникам, которые обслуживают сети, предъявляются высокие квалификационные требования.

Преимущества

Режим изолированной нейтрали обладает достоинством, которое заключается в отсутствии надобности оперативного отключения первого 1-фазного замыкания на землю. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии небольшой емкости тока на заземление.

Изолированная нейтраль применяется ограниченно, так как имеет несколько серьезных недостатков.

Недостатки

• Сложное обнаружение неисправностей.
• Все электроустановки требуется изолировать на линейное напряжение.
• Если замыкание продолжается длительное время, то существует действительная опасность удара человека электрическим током.
• При 1-фазных замыканиях не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты, так как величина действительного тока замыкания напрямую зависит от работы сети питания, а именно от числа подключенных веток цепи.
• Снижается срок службы изоляции из-за постепенного накапливания дефектов вследствие воздействия на нее дуговых перенапряжений в течение длительного времени.
• Повреждения могут появиться в различных местах из-за пробоя изоляции в других местах, где появляются дуговые перенапряжения. Поэтому многие кабели выходят из строя, так же, как электродвигатели и другие электроустановки.
• Возможно появление дуговых перенапряжений, дуги незначительного тока в местах 1-фазного замыкания на землю.

В результате можно сказать, что значительное число недостатков превосходит все преимущества этого режима. Но при некоторых условиях такой способ вполне проявляет свою эффективность и не нарушает требований правил электроустановок.

Похожие темы:

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

Глухозаземленная нейтраль: принцип действия, устройство, схемы

В подавляющем большинстве электросетей (до 1 кВ) применяется глухозаземленная нейтраль, поскольку такое исполнение наиболее оптимально для действующих требований электробезопасности. Учитывая распространенность этой схемы заземления нейтрали, имеет смысл подробно ознакомиться с ее устройством, принципом работы и техническими особенностями, а также основными требованиями ПУЭ к электроустановкам до 1 кВ.

Что такое глухозаземленная нейтраль?

Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.

Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»

Если нейтраль обмоток генератора или трансформатора заземлить, то такая система получит название глухозаземленной, с ее организацией можно ознакомиться ниже.

Рис. 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью

Устройство сетей с голухозаземленной нейтралью

Как видно из рисунка 2, характерной особенностью электросетей TN типа является заземление нейтрали. Заметим, что в данном случае речь идет не о защитном заземлении, а о рабочем соединении между нейтралью и заземляющим контуром. Согласно действующим нормам, максимальное сопротивление такого соединения — 4-е Ома (для сетей 0,4 кВ). При этом нулевой провод, идущий от глухозаземленной средней точки, должен сохранять свою целостность, то есть, не коммутироваться и не оборудоваться защитными устройствами, например, предохранителями или автоматическими выключателями.

В ВЛ до 1-го кВ, используемых в системах с глухозаземленной нейтралью, нулевые провода прокладываются на опорах, как и фазные. В местах, где делается отвод от ЛЭП, а также через каждые 200,0 метров магистрали, положено повторно заземлять нулевые линии.

Пример устройства сети TN-C-S

Если от трансформаторных подстанций отводятся кабели к потребителю, то при использовании схемы с глухозаземленной нейтралью, длина такой магистрали не может превышать 200,0 метров. На вводных РУ также следует подключать шину РЕ к контуру заземления, что касается нулевого провода, то необходимость в его подключении к «земле» зависит от схемы исполнения.

Технические особенности

В данной системе, где используется общая средняя точка, помимо межфазного присутствует и фазное напряжение. Последнее образуется между рабочим нулем и линейными проводами. Наглядно отличие первого от второго продемонстрировано ниже.

Разница между фазным и линейным напряжением

Разность потенциалов U_F1, U_F2 и U_F3 принято называть фазными, а величины U_L1, U_L2 и U_L3 – линейными или межфазными. Характерно, что U_L превышает U_F примерно в 1,72 раза.

В идеально сбалансированной сети трехфазного электрического тока должны выполняться поддерживаться следующие соотношения:

U_F1= U_F2=U_F3;

U_L1=U_L2=U_L3.

На практике добиться такого результата невозможно по ряду причин, например из-за неравномерной нагрузки, токов утечки, плохой изоляции фазных проводников и т.д. Когда нейтраль заземлена, дисбаланс линейных и фазных характеристик энергосистемы существенно снижается, то есть, рабочий ноль позволяет выравнивать потенциалы.

Обрыв нулевого провода считается серьезной аварией, которая с большой вероятностью приведет к нарушению симметрии нагрузки, более известной под термином «перекос фаз». В таких случаях в сетях однофазных потребителей произойдет резкое увеличение амплитуды электрического тока, что с большой вероятностью выведет из строя оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В. Получить более подробную информацию о перекосе фаз и способах защиты от него, можно на страницах нашего сайта.

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Теперь рассмотрим подробно, с какой целью заземляется нейтраль и как подобная реализация обеспечивает должный уровень электробезопасности, для этого перечислим обстоятельства, которые могут привести к поражению электротоком:

• Непосредственное прикосновение к токоведущим элементам. В данном случае никакое заземление не поможет. Необходимо ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
• Образование зон с шаговым напряжением в результате аварий на ВЛ или других видах электрохозяйства.
• Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, то есть, на нем появляется опасное для жизни напряжение.
• В результате нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением могут оказаться кабельные каналы, короба и другие металлические конструкции, используемые при трассировке.

В идеале между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя существенно способствует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значительном удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти человеческую жизнь, как минимум, в двух последних случаях из указанного выше списка.

Чтобы избежать пагубного воздействия электротока необходимо заземлять корпуса электроприборов, а также и других металлических частей электроустановок зданий. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В результате произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.

Даже если защита не сработает, а кто-либо прикоснется к металлическому элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, поскольку в этой цепи будет меньшее сопротивление.

Движение тока при КЗ на корпус

Говоря о принципе работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить быстрый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. По сути, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки или проблемного участка цепи.

При определенных условиях можно даже организовать защиту от образования опасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально опасном помещении стелют (если необходимо, то замуровывают в бетон) металлическую сеть, подключенную к общему заземляющему контуру.

Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной

Чтобы дать объяснить различие необходимо, кратко рассказать об основных особенностях изолированной нейтрали, пример такого исполнения приведен ниже.

Рис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью

Как видно из рисунка при данном способе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообще отсутствует), поэтому открытые проводящие части (далее по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество такой системы заключается в том, что при первом однофазном замыкании можно не производить защитное отключение. Это несомненный плюс для высоковольтных линий, поскольку обеспечивается более высокая надежность электроснабжения. К сожалению, такой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.

Низкий уровень электробезопасности основной, но не единственный недостаток изолированной нейтрали, с их полным списком, а также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем сайте.

Системы TN и её подсистемы

Начнем с аббревиатуры. Первые две буквы характеризуют вариант исполнения заземления для нейтрали и ОПЧ соответственно. Варианты для первой литеры:

• T (от англ. terra — земля) — обозначает глухозаземленную нейтраль.
• I (от англ. isolate — изолировать) – указывает, что соединение с «землей» отсутствует.

Варианты вторых литер говорят об исполнении заземления ОПЧ: N или Т, используется глухозаземленная нейтраль или независимый контур, соответственно.

Сейчас практикуется три схемы нейтрали:

1. Эффективное заземление обозначается, как ТТ. Особенность такой схемы заключается в том, что глухозаземленный вывод (N)считается рабочим проводом, а для защиты используется собственный заземляющий проводник (РЕ). Схема заземления ТТ
2. Изолированная нейтраль (принятое обозначение IT), схема системы была представлена выше на рис. 6.
3. Вариант TN (глухозаземленное исполнение).

У последнего варианта исполнения есть три подвида:

• Совмещенный вариант, принятое обозначение TN-С. У данного подвида защитный нуль соединен с нейтральным проводом, что не обеспечивает должного уровня электробезопасности. При обрыве РЕ+N защитное зануление становится бесполезным. Это основная причина, по которой от системы TN-C постепенно отказываются. Схема заземления TN-С
• Вариант TN-S, нулевой и защитный проводники проложены раздельно. Такая схема наиболее безопасна, но для нее требуется использовать не 4-х, а 5-ти жильный кабель, что повышает стоимость реализации. Схема заземления TN-S
• Подсистема, совмещающая в себе два предыдущих варианта – TN-C-S. От подстанции до ввода потребителя идет один провод, в РУ он подключается к шинам PE, N и заземляющему контуру. Такая подсистема заземленной нейтрали сейчас наиболее распространена. Схема заземления TN-C-S

Требования ПУЭ

В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:

• Для подключения нейтрали к контуру заземления необходимо использовать специальный проводник.
• При выборе места под заземляющее устройство следует исходить из минимально допустимого расстояния между ним и нейтралью.
• Если в качестве заземления используется жб конструкция фундамента, то к его армирующему основанию следует подключаться не менее чем в 2-х точках, это гарантирует наиболее эффективную защиту.
• Сопротивление заземляющего проводника для трехфазной цепи электрической сети 0,4 кВ имеет ограничение 4-е Ома. В исключительных случаях эта норма может быть пересмотрена исходя из характеристик грунта.
• В линии глухозаземленной нейтрали запрещено устанавливать предохранители, защитные устройства и другие элементы, способные нарушить целостность проводника.
• Правилами предписывается обеспечить заземляющему проводнику надежную защиту от механических повреждений.
• ВЛ должна быть оборудована дублирующими заземлителями, они устанавливаются в начале и конце линии, на отводах, а также через каждые 200 м.
• Дублирующее заземление должно выполняться и на вводе потребителя и обязательно указываться в схеме щитка ВРУ.
• При организации бытовых однофазных сетей от ВРУ должна выполняться разводка тремя проводами, один из которых фаза, второй – ноль (N) и третий – защитный (РЕ).
• Скорость срабатывания защитных автоматов, установленных в однофазных сетях с глухозаземленной нейтралью, не должна быть продолжительней 0,40 сек.

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)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)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»

разновидности устройства, принцип действия, преимущества и недостатки

В настоящее время для безопасного энергообеспечения электрооборудования в основном используют глухое заземление. В то же время существуют устройства, которые эксплуатируются в трехпроводной сети с изолированной нейтралью. Сюда можно отнести передвижное оборудование, устройства для торфоразработок и другие механизмы, которые работают в сетях 380−660 В. Кроме того, такой вид защиты применяется в электрических магистралях напряжением от 2 до 35 кВ.

Режимы работы нейтралей

Нейтраль электрооборудования представляет собой общую точку обмотки генератора или трансформатора, которая соединена звездой. Оттого, как связана нейтраль с землей, зависит уровень изоляции электрооборудования.

Кроме того, такая связь определяет выбор коммутационных устройств, значение перенапряжения и методы их устранений, величину токов при замыкании на землю одной фазы и т. д. От того, в каком режиме находится нейтраль, известны схемы четырех типов:

• с изолированными нейтралями;
• с резонансно-заземленными устройствами;
• с эффективно-заземленным оборудованием;
• с глухозаземленными нейтралями.

В настоящее время первые два вида используются в электрических сетях с напряжением от 3 до 35 кВ. Эффективное заземление чаще всего встречается в электроснабжении с напряжением выше 1 кВ и коэффициентом замыкания не более 1,4. Этот показатель означает разность между потенциалами фазы и земли в нормальном состоянии и при повреждении фазы.

Группа с глухозаземленной нейтралью относится к сетям с напряжением до 1 кВ.

Описание изолированного устройства

Такое устройство защиты представляет собой систему, когда нулевой провод генератора или трансформатора не соединяют с заземлителем. Соединение с глухим заземлением допускается через аппаратуру сигнализации, защиты и устройства измерения, которые обладают большим сопротивлением.

В этом случае изолированная нейтраль представляет собой трехфазную сеть, подключенную от электрического оборудования к заземлению через резисторы.

При этом параллельно подключают систему с конденсаторами. Такая схема подключения нейтрали имеет две составляющие:

• активную;
• реактивную.

Активная схема предназначена для препятствия току утечки с помощью резисторов, которые благодаря большому сопротивлению понижают его значение до минимального. Реактивная система обладает конденсаторами, в которых одна обкладка соединяется с линией, а вторая — с землей.

Принцип действия

В исправной трехфазной сети распределение нагрузки происходит равномерно. В случае пробоя любой фазы в схеме с изолированной нейтралью возникает замыкание на землю. Обычно происходит в этом случае пробой на корпус электрического потребителя.

Это могут быть как электрические двигатели, так и металлическое оборудование. Если отсутствует заземление, то на устройствах появляется напряжение. Такая ситуация очень опасна при прикосновении человека к корпусу конструкции.

Когда же в сети стоит изолированная нейтраль, то ток снизится до минимума и станет безопасным для работника. В настоящее время такая система защиты применяется:

1. В двухпроводных сетях постоянного тока.
2. В электрооборудовании, работающем в трехфазной сети напряжением до 1 кВ.
3. В схемах с низким напряжением, обладающих защитными устройствами.

Под защитными устройствами подразумевается использование разделяющих трансформаторов или применение дополнительной изоляции. Дело в том, что обычными предохранителями и автоматическими выключателями невозможно произвести отключение слишком малого тока.

Такое оборудование просто не рассчитано на такие значения. Поэтому и требуется дополнительное релейное оборудование, которое предупредит об аварийной ситуации.

Так как эти устройства сложные в управлении, то их обслуживание проводят только высококвалифицированные работники.

Достоинства и недостатки

Одним из важнейших преимуществ режима таких сетей является наличие небольшого тока при однофазных замыканиях на землю. Этот факт позволяет гораздо увеличить эксплуатацию автоматических выключателей. Дело в том, что замыкание на землю составляет на практике 90% от общего числа аварийных ситуаций.

Кроме того, наличие малого тока позволяет снизить требования к заземляющему оборудованию. Такой режим нейтрали обладает и массой недостатков. Например, однофазное замыкание на землю может вызвать феррорезонансные явления, которые зачастую приводят к выходу из строя электрооборудования.

Могут возникнуть дуговые перенапряжения, приводящие однофазное замыкание в двух- и трехфазное. Кроме того, конструкция защит от замыкания довольно сложная, что приводит к ее недостаточной работоспособности и эффективности. Бытует мнение, что при однофазном коротком замыкании возможна дальнейшая эксплуатация электрооборудования.

Но практика показывает, что практически сразу происходят двух- и трехфазное короткие замыкания, которые в итоге приводят к отключению электрооборудования. При падении провода у опор линий электропередач, когда сохраняется короткое замыкание, появляются опасные напряжения прикосновения. Большинство смертельных случаев происходят именно в таких ситуациях.

Поэтому для бесперебойной работы электроснабжения в сетях с изолированными нейтралями используют автоматические включения резервных питаний.

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.

Как защитное реле обнаруживает замыкание на землю в энергосистемах среднего напряжения с изолированной нейтралью

Для заземления нейтральных точек вторичной стороны передающих трансформаторов можно использовать 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 сплошной нейтралью, 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.

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 — линейное напряжение (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.

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 продолжительности г. на 3 часа г. для непрерывной 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 безотказного и заземленного фидера отличаются по величине и направлению (рисунок 3).

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 заземленного фидера — это сумма зарядных токов всех безотказных фидеров, протекающих в противоположном направлении.

Посредством измерения со ссылкой на напряжение 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).

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 предельная мощность S р 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):

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.

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 согласно DIN EN 60071-1 или IEC 60071-1

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 ч, а сумма всех времен замыкания на землю за год не превышает 125 ч.

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)

,

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

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.

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 (с помощью 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 защиты по напряжению в этом отношении) не является избирательной. Это означает, что он (гомополярная защита по напряжению) не может определить положение неисправности, но может только указать, что в сети имеется неисправность без указания ее положения.

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).

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 машин.
• Чем выше ток короткого замыкания, тем легче определить неисправность (и требуется защита с более низкой чувствительностью).

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 мы возвращаемся в положение изолированной нейтрали, для заземляющих сопротивлений очень малого значения — обратно в ситуацию прочно заземленной 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.

Методы создания заземления сети в зависимости от наличия или отсутствия точки звезды (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).

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 в любом случае может 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 цепи тока, 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).

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

,

Шесть условий работы сети, при которых может возникнуть феррорезонанс

Феррорезонанс и его причины

Из-за множества различных источников емкостей и нелинейных индуктивностей в реальной электрической сети и широкого диапазона рабочих условий, конфигурации, при которых может возникнуть феррорезонанс, бесконечны.

Шесть условий работы сети, при которых может возникнуть феррорезонанс (фоторепортаж: geisrl.it)

Опыт, однако, позволил перечислить основные типичные конфигурации, которые могут привести к феррорезонансу.

Ниже приведены шесть наиболее распространенных примеров:

1. Трансформатор напряжения запитывается через ступенчатую емкость одного (или более) разомкнутого выключателя (ей)
2. Трансформаторы напряжения (VT), подключенные к изолированной нейтральной системе
3. Трансформатор случайно включен только в одну или две фазы
4. Трансформаторы напряжения и HV / MV с изолированной нейтралью
5. Энергосистема заземлена через реактор
6. Трансформатор от высоко емкостной системы питания с малым током короткого замыкания

1.Трансформатор напряжения подается через ступенчатую емкость одного (или более) разомкнутого выключателя (ей)

В режиме сверхвысокого напряжения определенные операции переключения (блокировка шинного соединителя или переключаемого шинного выключателя, устранение неисправности в секции шин…) могут приводить трансформаторы напряжения (VT), соединенные между фазами и землей, в феррорезонанс.

Эти конфигурации могут быть проиллюстрированы схемой на рисунке 1. Размыкание автоматического выключателя D инициирует это явление, заставляя емкость C разряжаться через VT, который затем приводится в насыщение.Источник подает достаточно энергии через калибровочную емкость выключателя C _d для поддержания колебаний.

Рисунок 1 — Феррорезонанс трансформатора напряжения, соединенного последовательно с размыкателем цепи

Емкость C соответствует всем емкостным сопротивлениям заземления VT и соединению, которое подается с помощью выравнивающих емкостей разомкнутого выключателя (ей).

Феррорезонанс субгармонического типа.

Вернуться к содержанию ↑

2.Трансформаторы напряжения (VT), подключенные к изолированной нейтральной системе

Эта система заземления может быть выбрана в результате подключения изолированного нейтрального аварийного источника или в результате потери заземления системы. Временные перенапряжения или сверхтоки, вызванные операциями переключения в энергосистеме (сброс нагрузки, устранение неисправностей и т. Д.) Или из-за замыкания на землю, могут инициировать явление, приводя к насыщению железный сердечник одного или двух ТН параллельного феррорезонанса. схема на рисунке 6.

Феррорезонанс затем наблюдается как по фазным напряжениям, так и по напряжению нейтральной точки (V _N ).

Рисунок 2 — Феррорезонанс VT между фазой и землей в изолированной нейтральной системе

Нейтральная точка смещается, и потенциал одной или двух фаз увеличивается относительно земли, что может создать впечатление единого замыкания фазы на землю в системе.

Значения перенапряжения могут превышать нормальное межфазное напряжение в установившемся режиме и вызывать диэлектрическое разрушение электрического оборудования.

В зависимости от относительных значений индуктивности намагничивания VT и емкости C ₀ , феррорезонанс является фундаментальным, субгармоническим или квазипериодическим.

Вернуться к содержанию ↑

3. Трансформатор случайно включен только в одну или две фазы

Несколько примеров конфигураций, подверженных риску, приведены на рисунке 3 ниже. Эти конфигурации могут возникать , когда одна или две из фаз источника теряются, когда трансформатор не загружен или слегка нагружен , в результате перегорания предохранителя в системе электропитания среднего напряжения, разрыва проводника или работ под напряжением.

Например, при вводе в эксплуатацию раздвижной кабины с дистанционным управлением.

Рисунок 3 — Примеры несбалансированных систем, подверженных риску феррорезонанса

Емкости могут быть в виде емкости подземного кабеля или воздушной линии, питающей трансформатор, первичные обмотки которого соединены с изолированной или заземленной нейтралью или треугольником.

Например, последовательная феррорезонансная цепь состоит из соединения последовательно между фазой и землей емкостью (между автоматическим выключателем и трансформатором) открытой фазы и намагничивающим сопротивлением трансформатора. Режимы являются фундаментальными, субгармоническими или хаотическими.

Междуфазные и межфазные емкости, соединения первичной и вторичной обмоток, конфигурация сердечника (три однофазных, со свободным или принудительным током), заземление нейтрали системы источника напряжения (полностью заземлено, заземлено, изолированный) и режим питания (одна или две фазы под напряжением) — все факторы, участвующие в установлении данного состояния. Изолированный первичный нейтрал более восприимчив к феррорезонансу.

Чтобы избежать таких рисков, рекомендуется использовать многополюсное выключающее устройство .

Вернуться к содержанию ↑

4. Трансформаторы напряжения и HV / MV с изолированной нейтралью

Феррорезонанс может возникать, когда нейтрали ВН и НЗ изолированы, а ненагруженные ТН подключены на стороне НН между фазой и землей (см. Рис. 4а).

Когда происходит замыкание на землю на стороне ВН выше по потоку от трансформатора подстанции, нейтраль ВН повышается до высокого потенциала.Из-за емкостного эффекта между первичным и вторичным перенапряжения появляются на стороне среднего напряжения и могут вызывать феррорезонанс в цепи, состоящей из источника напряжения E ₀ , емкости C _e и C ₀ и индуктивность намагничивания VT (см. рис. 4b).

Рисунок 4 — Феррорезонанс ТН между фазой и землей с изолированным трансформатором источника нейтрали

Где:

• E ₀ — напряжение нулевой последовательности на стороне ВН
• C _e — емкость между обмоткой высокого и среднего напряжения
• C ₀ — емкость нулевой последовательности энергосистемы среднего напряжения

После устранения неисправности ВН напряжение нейтрали ВН из-за естественного дисбаланса системы может быть достаточным для поддержания этого явления. Феррорезонанс является фундаментальным.

Вернуться к содержанию ↑

5. Энергосистема заземлена через реактор

Две конфигурации на рисунке 5 подвержены феррорезонансу между индуктивностью, подключенной между нейтралью и землей, и емкостными сопротивлениями на землю сети.

Что касается низковольтных систем с изолированной нейтралью, стандарты рекомендуют (IEC 364) или предусматривают (NF C 15-100) внедрение монитора постоянной изоляции (PIM) .

Монитор постоянной изоляции Vigilohm, Schneider Electric

Некоторые PIM измеряют сопротивление изоляции энергосистемы путем подачи постоянного тока между системой и землей. Их импеданс в основном индуктивный (низкий импеданс для постоянного тока и высокий импеданс на частоте питания).

Они могут быть фактором, способствующим феррорезонансу.

Рисунок 5 — Феррорезонанс в случае системы, заземленной через реактор

Перенапряжения могут вызвать достаточное повышение потенциала нейтральной точки, чтобы инициировать феррорезонанс между индуктивностью PIM и емкостями на землю сети
(см. Рис.5а).

В MV, для ограничения токов замыкания на землю и самовосстановления неисправности, катушка индуктивности L ( такая, что 3 × L × C ₀ × ω ₀ ² = 1, где C ₀ — это емкость нулевой последовательности энергосистемы среднего напряжения, а ω ( ₀ — пульсация мощности ) подключена между нейтралью среднего напряжения трансформатора ВН / МВ и землей (катушка Петерсена).

Возбуждение и начало резонанса цепи, состоящей из последовательного соединения индуктивности L и емкости 3 × C ₀ , может происходить в следующих случаях:

1. HV нейтраль заземленного трансформатора HV / MV и короткое замыкание HV, протекающее через заземляющий проводник подстанции,
2. Насыщение железного сердечника трансформатора HV / MV,
3. Несимметрия конструкции трансформатора,
4. Естественная диссимметрия емкостей (C ₁ , C ₂ , C ₃ на рисунке 5b) к земле.

Это может привести к насыщению железной катушки , таким образом инициируя или поддерживая феррорезонанс.

Вернуться к содержанию ↑

6. Трансформатор от высокоемкостной системы питания с малым током короткого замыкания

Феррорезонанс может возникать , когда ненагруженный силовой трансформатор внезапно подключается к источнику питания с коротким замыканием по сравнению с номинальной мощностью трансформатора через подземный кабель или длинную линию электропередачи.

Это относится, например, к возврату в эксплуатацию в городских (подземных кабельных) сетях городского или промышленного электроснабжения, а также в очень протяженных сельских электрических сетях общего пользования (см. Рисунок 6) или в тех случаях, когда подземные кабели все чаще используются (надежность и эстетика).

Рисунок 6 — Эквивалентная схема силового трансформатора без нагрузки, питаемого от емкостной системы

Этот параллельный феррорезонанс (емкость, параллельно соединенная с намагничивающей индуктивностью трансформатора), как правило, трехфазный, основного или квазипериодического типа.

Короче:

1. Конфигурации, при которых может возникнуть феррорезонанс, бесконечны.
2. Существует много различных типов феррорезонанса: однофазный, трехфазный, общий режим, дифференциальный режим.
Опыт
3. , однако, позволяет определить некоторые конфигурации, подверженные риску, которые требуют некоторого внимания. Эти:
   1. Трансформатор напряжения, подключенный между фазой и землей в изолированной нейтральной системе,
   2. Трансформатор питается по длинным и / или емкостным линиям,
   3. Защита плавких предохранителей, перегорание которых приводит к размыканию нескольких полюсов,
   4. Ненагруженный или слабо нагруженный измерительный трансформатор питания или напряжения.
4. Явления, наиболее вероятно вызывающие феррорезонанс:
   1. Операция переключения конденсаторных батарей и ненагруженных линий,
   2. дефектов изоляции,
   3. Молния,
   4. Операция переключения ненагруженных трансформаторов.

Предотвращение или демпфирование феррорезонанса

Можно принять ряд практических мер для предотвращения феррорезонанса, чьи формы перенапряжения, перенапряжения и искажения приводят к тепловым и диэлектрическим напряжениям , которые могут быть опасными для электрооборудования (выход из строя, снижение производительности и срока службы изоляторов…).

Различные используемые методы основаны на следующих принципах:

1. Избегайте, при правильной конструкции и / или коммутации, конфигураций , чувствительных к феррорезонансу . Это может включать запрет определенных конфигураций системы и / или определенных операций переключения системы питания и / или определенных распределительных устройств.
2. Убедитесь, что значения системных параметров не включены (даже временно) в зону риска и, если возможно, обеспечьте запас прочности в отношении опасных зон.
3. Убедитесь, что энергии, поставляемой источником, недостаточно для поддержания этого явления. Этот метод обычно состоит из внесения потерь, которые ослабляют феррорезонанс при его возникновении.

Публикация 71 МЭК гласит, что временные феррорезонансные (и резонансные) перенапряжения «должны быть предотвращены или ограничены» (одним из вышеуказанных способов). «Обычно они не должны рассматриваться в качестве основы для номинального напряжения разрядника для защиты от перенапряжений или для конструкции изоляции, если только эти меры по исправлению не являются достаточными».

Это означает, что процедура координации изоляции обычно не учитывает уровни перенапряжения и что, следовательно, разрядники для защиты от перенапряжений (остаточное напряжение которых обычно выше, чем перенапряжения из-за феррорезонанса) теоретически не обеспечивают защиту от них.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Феррорезонанс по Ph. Ferracci; Schneider Electric

,