Режимы нейтрали электрических сетей

В зависимости от номинального напряжения нейтраль может быть изолирована или заземлена. При номинальном напряжении 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ, 35кВ нейтраль трансформатора делается изолированной, а при напряжении 110 кВ применяется заземленная или эффективно заземленная нейтраль электрической сети. В сетях напряжением 220 кВ и выше применяется глухозаземленная нейтраль.

Рис. 9.1. Векторная диаграмма

Рис. 9.2. Емкости фаз (С) на землю

В сетях с изолированной нейтралью для того чтобы напряжение на нейтрали было равно нулю необходимо соблюсти условие, которое заключается в том, что углы между векторами напряжений фаз должны быть равны 120 ^º (рис. 9.1). Но это условие не всегда соблюдается, так как емкости разных фаз могут быть не равны. В зависимости от расположения проводов над поверхностью земли, рельефа местности, при замыкании фаз на землю будет изменяться и емкость относительно земли (рис.9.2, 9.3).

При увеличении протяженности ЛЭП емкость возрастает, и наоборот.

Наличие несимметрии фаз на ЛЭП приводит к изменению диаграммы напряжений, т.е. углы между векторами изменяются, вследствие чего напряжение на нейтрали становится неравным нулю.

Рис.9.3. Несимметрия фаз в сети

Величина емкостного тока однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) напрямую зависит от протяженности ЛЭП и может варьироваться от 2 до 30А.

Достоинства изолированной нейтрали сети заключаются в том, что:

1) при однофазном замыкании на землю потребитель не отключается автоматически и продолжает получать электроэнергию по двум здоровым фазам;

2) можно сэкономить на релейной защите и автоматике, так как в случае однофазного замыкания на землю при небольшом токе однофазного замыкания можно надеяться на самопогасание дуги и полное восстановление электрической прочности изоляции воздушной ЛЭП.

Линии напряжением до 35 кВ включительно не защищаются тросом по всей длине линии. Трос подвешивается только на подходе к подстанции. Длина этого защитного подхода может быть 1 – 2 км. Во время грозового сезона однофазные замыкания на линиях часто возникают из-за удара молнии в провода воздушных ЛЭП, вследствие чего может возникнуть перекрытие изоляторов.

Рис.9.4. Однофазное перекрытие изоляции при ударе молнии

Вероятность самопогасания дуги напрямую зависит от величины емкости линии. Если емкость имеет большое значение, ток однофазного замыкания на землю также возрастает и полной деионизации изоляционного промежутка не происходит. В этом случае возникает так называемая перемежающаяся дуга, которая приводит к дуговым перенапряжениям, т.к. она то гаснет, то вновь загорается. Дуга в этом случае служит своего рода контактором. Этот случай является самым тяжелым для оборудования подстанций или станций.

При замыкании на землю одной фазы , напряжение в оставшихся здоровых фазах будет равно . Уровень внутренних перенапряжений в таких сетях относительно высокий, так как напряжение на здоровых фазах определяет установившиеся перенапряжения, на которые накладываются свободные колебания (рис. 9.5.) .

Рис.9.5. Векторная диаграмма

напряжений в режиме ДПЗ.

При попадании молнии в деревянную опору, опора расщепляется и в некоторых случаях может обломиться и провод может упасть на землю. В этом случае возникает режим «два провода – земля» (ДПЗ), который удобен тем, что не происходит прерывания снабжения потребителей.

Этот режим для коротких линий также был хорош тем, что не требовал отключения ОЗЗ сразу же после пробоя изоляции одной из фаз кабеля, т.к. при отключении фазы трудно найти место ОЗЗ в кабеле. В режиме ДПЗ место замыкания сначала определяли с помощью специальных приборов и только потом отключали кабельную линию и ремонтировали.

Но после того как длины линий со временем стали увеличиваться, а соответственно и возрастала емкость линий, ситуация стала меняться. Те режимы, которые были хороши для коротких линий, стали непригодны для длинных линий. Необходимо было искать новые способы повышения надежности электроснабжения потребителей. Широко стали применяться дугогасящие реакторы (ДГР), которые способствовали уменьшению тока однофазного замыкания на землю (ОЗЗ).

Рис. 9.6. Обрыв фазы с замыканием на землю в сети с ДГР

Для сравнительно коротких линий справедливо соотношение I_озз @ I_{с .}

Рассмотрим варианты разной степени настройки ДГР (рис. 9.7).

Режим

точной настройки К= 1

Рис. 9.7. Векторные диаграммы токов в сети с ДГР

При соотношении возникает режим точной настройки ДГР, который существует при равенстве емкостного тока однофазного замыкания на землю и индуктивного тока, протекающего через ДГР. Этот режим самый выгодный по остаточному току (ток небольшой и легко гаснет при прохождении через нулевое значение).

Рекомендуется режим точной настройки или перекомпенсации не более 5%. При недокомпенсации (I _L < I _C ) напряжение нейтрали очень большое (больше 1,5U_ф) за счет резонансного процесса в контуре (рис. 9.8а). При перекомпенсации (I _L > I _C ) напряжение на нейтрали меньше.

U_дгр= U_н

ДГР

а) б)

Рис. 9.8. Перенапряжения на ДГК: а – резонансная кривая в контуре с ДГК;

б – векторная диаграмма напряжений