Классификация электрических сетей

Рассмотрим классификацию электрических сетей. В целом сети классифицируются по ряду признаков: по размещению, по назначению, по роду тока, по числу проводов, по построению, по величине напряжения и по обеспечению электробезопасности. В данной работе нас будет интересовать классификация по двум последним признакам:

1) по величине напряжения:

а) сети напряжением до 1000 В включительно;

б) сети с напряжением выше 1000 В (от 1 до 300 кВ включительно);

в) сети сверхвысокого напряжения - более 330 кВ;

2) по обеспечению электробезопасности (ЭБ) (в зависимости от способа заземления нейтрали в соответствие с требованиями Правил устройства электроустановок) (рис. 17):

а) сети с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

б) сети с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

в) сети с глухозаземленной нейтралью до 1000 В;

г) сети с изолированной нейтралью до 1000 В.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1000 В, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1.4.

Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Рис. 17. Виды электрических сетей по обеспечению электробезопасности

в зависимости от способа заземления нейтрали: а - с эффективно заземленной нейтралью;

б - с изолированной нейтралью; в - с глухозаземленной нейтралью до 1000 В; г - с изолированной нейтралью до 1000 В; ДГК - дугогасящая катушка; Р - заземляющий реактор; R₀ - сопротивление заземляющего устройства нейтрали источника тока

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока).

Нейтраль (нейтральная точка) обмотки источника или потребителя энергии - есть точка, напряжения которой относительно всех внешних выводов обмотки одинаковы по абсолютному значению (рис. 18).

Заземленная нейтральная точка носит название нулевой точки.

Проводник, присоединенный к нейтральной точке, называется нейтральным проводником, а к нулевой точке - нулевым проводником.

Рис. 18. Нейтрали обмоток источников тока:

а - сети изолированные от земли; б - сети с глухозаземленной нейтралью;

1 - нейтральная точка (нейтраль); 2 - нейтральный провод; 3 - нулевая точка; 4 - нулевой провод; R₀ - сопротивление заземляющего устройства нейтрали источника тока

Схема сети, а, следовательно, и режим нейтрали источника тока, питающего сеть, выбираются по технологическим требованиям и по условиям безопасности.

По технологическим требованиям ПУЭ предписывают для трехфазных сетей напряжением 110 кВ и выше эффективное заземление нейтрали источника питания. Ее заземление осуществляется через малое сопротивление (путем присоединения нейтрали к заземлителю непосредственно «наглухо» или через реакторы с небольшим индуктивным сопротивлением).При таком заземлении нейтрали в случае замыкания одной или двух фаз на землю напряжения неповрежденных фаз относительно земли в месте замыкания не превышают 1,4 Замыкание фазы на землю вызывает быстрое отключение поврежденного участка релейной защитой и не сопровождается возникновением перенапряжений. То есть заземление нейтрали источника - эффективная мера, предупреждающая возникновение опасных для изоляции перенапряжений при дуговых замыканиях на землю.

Для сетей напряжением выше 1000 В, но до 35 кВ включительно, ПУЭ устанавливают режим работы с изолированной нейтралью, то есть нейтралью, не присоединенной к заземляющему устройству или присоединенной к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы и подобные им устройства, обладающие большим сопротивлением (см. рис. 17).

По условиям безопасности в сетях напряжением выше 1000 В заземленная нейтраль также предпочтительнее, так как вследствие большой емкости проводов относительно земли защитная роль их изоляции практически полностью утрачивается и для человека становится одинаково опасно прикосновение к токоведущим частям сети, как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

К тому же в сетях напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью при дуговых замыканиях на землю вокруг места замыкания могут возникать и длительно существовать высокие потенциалы и разность потенциалов, т.е. большие напряжения прикосновения и шага, опасные для людей.

С другой стороны, в сетях с изолированной нейтралью при замыкании одной из фаз на землю напряжение двух других неповрежденных фаз увеличивается в 3 раза. Следовательно, фазная изоляция таких сетей должна рассчитываться на линейное напряжение, так как эти сети могут длительно работать при однофазном замыкании. Это значит, что данные сети должны иметь устройства контроля состояния изоляции, а релейная защита настраивается на сигнал, а не на отключение однофазных замыканий на землю.

Сети с глухо заземленной нейтралью до 1000 В (трехфазные четырехпроводные с глухозаземленной нейтралью) в нашей стране по технологическим требованиям получили предпочтение, поскольку они позволяют использовать два рабочих напряжения - фазное и линейное ( ). При этом достигается значительное удешевление ЭУ в целом благодаря применению меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т.д требуемых в сетях с изолированной нейтралью для получения иного напряжения кроме линейного.

По условиям безопасности сети с глухозаземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов, когда нельзя быстро отыскать и устранить повреждение изоляции. Возникающие при этом токи короткого замыкания способствуют быстрому отключению поврежденного участка или поврежденной ЭУ с помощью релейной защиты или такой защитной меры, как зануление или защитное отключение.

Сети с изолированной нейтралью до 1000 В (трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью) по условиям безопасности целесообразно применять на объектах с повышенной опасностью поражения человека электрическим током в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень сопротивления изоляции проводов сети относительно земли и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Такими являются сети до 1000 В небольшой протяженности, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором электротехнического персонала.

При выборе схемы сети по условиям безопасности было показано, что опасность поражения человека током во многом зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. Это сопротивление является комплексным, имеющим активную и емкостную составляющие (рис. 19).

Рис. 19. Структура изоляции и схема ее замещения:

а - изолированный проводник ; б - электрическая схема замещения; 1 - проводник;

2 - изоляция; S - площадь проводника; d - расстояние между проводниками

Активное сопротивление зависит от наличия в изоляции так называемых «путей утечки тока» , которые возникают в результате того, что изоляция стареет и портится, в ее структуре появляются проводящие частицы, ухудшаются диэлектрические свойства. Емкостное сопротивление зависит от емкости провода относительно земли, которая в свою очередь, определяется геометрическими размерами S, dи диэлектрической постоянной материала изоляции ее состоянием. Активное и емкостное сопротивления изоляции распределены вдоль провода. Условно на схемах их обозначают сосредоточенными (рис. 19, б). Поэтому в общем виде схема сети может быть представлена так, как показано на рис. 20.

В электрических сетях небольшой протяженности напряжением до 1000 В емкость проводов относительно земли мала В этом случае сопротивление изоляции характеризуется только активной составляющей

В кабельных линиях и в воздушных ЛЭП напряжением выше 1000 В емкость проводов относительно земли значительна. Например, емкость одной фазы кабеля напряжением 1000 В по отношению к свинцовой оболочке (земле) составляет от 0,15 до 0,4 мкФ на 1 км длины кабеля).

Чем больше емкость, тем меньше емкостное сопротивление. При этом даже при очень больших значениях активной составляющей сопротивления изоляции, опасность поражения будет определяться величиной емкостной составляющей. Следовательно, в таких сетях сопротивление изоляции проводов относительно земли практически утрачивает свою защитную роль,

Рис. 20. Общий вид схемы замещения сети

Рассмотрим более подробно, почему сети с заземленной нейтралью получили большее распространение по сравнению с другими видами сетей.