2.2.4. Электрическая сеть с резистивным заземлением нейтрали
Для снижения уровней перенапряжений, простого и надежного построения селективных защит от однофазных замыканий на землю применяется резистивное заземление нейтрали, когда между нейтралью электрической сети и землей включается высокоомное активное сопротивление R (рис. 2.9).
При однофазном замыкании на землю ток ОЗЗ IЗ будет складываться из двух токов – тока однофазного замыкания на землю IОЗЗ, обусловленного емкостными и активными сопротивлениями фаз относительно земли, и тока IR, протекающего по резистору R. Величина высокоомного резистора выбирается из условия, чтобы соблюдалось соотношение IR / IОЗЗ = 0,7–2,0. В этом случае получаются следующие преимущества:
1. Перенапряжения при возникновении однофазного замыкания на землю снижаются до уровня 2,2–2,4 UФ, что позволяет существенно снизить требования к уровню изоляции электрических сетей и оборудования между фазой и землей.
2. Применяется простая организация селективной защиты от однофазных замыканий на землю.
Рис. 2.9. Электрическая сеть с резистивным заземлением нейтрали
3. Через место однофазного замыкания протекают токи, возросшие на 120–220 % тока однофазного замыкания на землю IОЗЗ. Как правило, указанный режим применяется в электрических сетях с относительно небольшими токами ОЗЗ – единицы, десятки ампер.
Работа электрической сети с резистивным заземлением нейтрали может быть организована по двум вариантам:
1. Селективная защита определяет участок сети (линию) с однофазным замыканием на землю и отключает его – это наиболее удобный и часто используемый метод эксплуатации электрических сетей за рубежом. В этом случае потребитель, питаемый по поврежденной линии, теряет электроснабжение. В то же время, при наличии резервных линий можно восстановить электроснабжение.
2. Селективная защита определяет участок сети (линию) с однофазным замыканием на землю, но не отключает его для сохранения электроснабжения потребителя. Поврежденная линия выводится из работы только после обеспечения резервного питания потребителя.
Резистивное заземление нейтрали применяются в электрических сетях напряжением 3–6–10–35 кВ.
2.2.5. Электрическая сеть с компенсированной нейтралью
В электрической сети с изолированной нейтралью, не имеющей железобетонных и металлических опор, должна применяться компенсация емкостного тока однофазного замыкания на землю, если его значение превышает [1, п. 1.2.16]:
– 30 А при напряжении 3–кВ;
– 20 А при напряжении 10 кВ;
– 15 А при напряжении 15–20 кВ;
– 10 А при напряжении 35 кВ.
Если в электрической сети имеются железобетонные и металлические опоры, то для указанных классов напряжения компенсация должна применяться при емкостных токах более 10 А.
Для компенсации емкостного тока ОЗЗ между нейтралью электрической сети и землей включают регулируемую индуктивность LN (рис. 2.10,а), которую называют дугогасящим реактором (ДР), а электрическую сеть – с компенсированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов. Дугогасящий реактор в ранней литературе ещё называли катушкой Петерсена.
|
Для обеспечения оптимальных условий работы электрической сети индуктивное сопротивление ДР должно быть равно емкостному сопротивления изоляции фаз сети относительно земли – в этом случае будет иметь место резонанс токов. При возникновении ОЗЗ между нейтралью и землей появляется напряжение, равное фазному напряжению поврежденной фазы UN = UА (см. п. 2.2.3 и рис. 2.8), а через дугогасящий реактор потечет ток ILN, состоящий из индуктивной IL и активной IRL составляющих (рис. 2.10,б). |
Рис. 2.10. Электрическая сеть с компенсированной нейтралью |
Через место повреждения будут протекать ток замыкания IЗ, складывающийся из тока ОЗЗ IОЗЗ и тока ДР ILN, причем индуктивная IL составляющая тока ДР будет компенсировать емкостную составляющую IЕ тока ОЗЗ и при резонансной настройке ДР с емкостью сети реактивная составляющая в токе замыкания IЗ будет равна нулю. Активные составляющие IRL и IRС, совпадающие по фазе, обусловят остаточный ток IЗ, который по величине будет в 10–20 раз меньше тока ОЗЗ IОЗЗ. Например, при токе ОЗЗ IОЗЗ = 100 А в сети с изолированной нейтралью при введении компенсации емкостного тока ток IЗ в месте повреждения снизится до величины 5–10 А. В реальной сети к этому току могут добавляться токи высших гармоник в зависимости от состава потребителей, подключенных к сети.
Снижение тока в месте ОЗЗ и возможность работы сети с таким видом повреждения без перерыва электроснабжения являются основными достоинствами электрической сети с компенсированной нейтралью.
Дополнительные преимущества метода:
1. Данный режим нейтрали электрической сети, уменьшая ток в месте повреждения и его термическое действие на изоляцию здоровых фаз, как правило, проводит к гашению заземляющих дуг, из-за чего реактор назвали дугогасящим.
2. В месте повреждения снижаются напряжения прикосновения и шага.
3. При резонансной настройке снижаются перенапряжения до величины 2,2–2,4 UФ, благодаря чему уменьшается вероятность пробоя изоляции здоровых фаз и возникновения двойных замыканий на землю. Улучшаются условия эксплуатации для изоляции электроприемников, особенно для высоковольтных электродвигателей.
Недостатки метода:
1. В электрической сети с компенсированной нейтралью усложняется организация селективной защиты от ОЗЗ. Требуются специальные способы её организации.
2. Появление в сети дополнительного элемента в электрической сети – дугогасящего реактора с соответствующей автоматикой – требует дополнительных капитальных вложений.
3. Повышаются требования к персоналу, осуществляющего эксплуатацию оборудования.
Данный способ заземления нейтрали применяется в распределительных сетях напряжением 3–6–10–35 кВ с высокими значениями емкостного тока.