Режимы заземления нейтрали

1. 1. Режимы заземления нейтрали

1.1. Общая характеристика вопроса

2.

Способ заземления нейтрали
Страна
U, кВ
Россия
6-35
Австралия
11-12
+
+
Канада
4-25
+
+
США
4-25
+
+
Испания
10-30
+
+
Италия
10-20
Португалия
10-30
+
Франция
20-24
+
Япония
6,6
Германия
10-20
+
Австрия
10-30
+
Бельгия
6-17
+
Великобритания
11
+
Швейцария
10-20
Финляндия
20
Изолир.
ДГР
Резистор
+
+
+
Глухое
+
+
+
+
+
+
+

3.

Режимы заземления
Неэффективное (до 35 кВ)
Изолированная
Через
ДГК
Эффективное (выше 110 кВ)
Через
резистор
(высокоомный
и низкоомный)
Глухое
заземление
Через
низкоомный
резистор

4. 1.2. Сеть с изолированной нейтралью

ec
u
eb
uc
Сф
ea
ub
Сф
ua
Сф
N
Iз

5. Напряжение на нейтрали в нормальном режиме

E a ya E b yb E c yc
UN
,
ya yb yc
где
ya Cф а , yb Cф b , yc Cф c
UN 0
при следующих условиях:
ya yb yc ;
2) E a E b E c 0.
1)

6. Напряжение несимметрии при реальном расположении проводов

1,25 м
3м
3м
1,25 м
10 м
1,25 м 1,25 м
9м
Ca 4,3 нФ/км;
Ca 4,5 нФ/км;
Cb 4,8 нФ/км;
Cb 4,65 нФ/км;
Cc 4,8 нФ/км;
Cc 4,7 нФ/км;
UN
0,0042 (0,42%)
E
UN
0,013 (1,3%)
E

7. Векторная диаграмма в режиме однофазного замыкания на землю

Uc
Ec
Iз
UN
Ub
Ea
Eb
I з j3 EаCф ,

8. Ток однофазного замыкания на землю зависит от:

Класса
напряжения (Еа)
Суммарной
емкости сети 3Сф
(протяженности сети)

9. Преимущества изолированной нейтрали

малый ток замыкания позволяет увеличить
ресурс выключателей;
позволяет снизить требования к
заземляющим устройствам, определяемые
условиями электробезопасности при ОЗЗ;
возможность не отключать всю сеть
(сомнительное преимущество).

10. Недостатки изолированной нейтрали

дуговые перенапряжения, связанные с
появлением перемежающейся дуги при ОЗЗ
приводят к переходу однофазного замыкания
в двух- и трехфазное;
сложность построения селективных защит от
ОЗЗ;
феррорезонансные явления, вызываемые
кратковременными ОЗЗ;
при сохранении ОЗЗ у опор ВЛ возникают
опасные напряжения прикосновения.

11. Компенсация емкостного тока замыкания на землю применяется при значениях тока ОЗЗ (ПУЭ, п.1.2.16):

в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих
железобетонные и металлические опоры на
воздушных линиях электропередачи, и во
всех сетях напряжением 35 кВ - более 10 А;
более 30 А при напряжении 3-6 кВ;
более 20 А при напряжении 10 кВ;
более 15 А при напряжении 15-20 кВ;
в сетях блоков генератор-трансформатор
электрических станций – более 5 А (более
подробно в п.1.7).

12. 1.3. Сеть с компенсацией емкостного тока замыкания на землю

Ec
Eb
RN
uN
LN
Ea
Iз
uc
Сф
ub
Сф
ua
Сф

13.

I з j3 EаCф (1 K L ) 3Ea g ,
xC
1
KL
2
xL 3 Cф LN
Ec
Ec
Iз
KL 1
Eb
Ea
Ea
Iз
Eb
KL 1

14. Зависимость тока замыкания от степени компенсации

Iз
3Eag
перекомпенсация
недокомпенсация
1
KL

15. Напряжение на нейтрали в нормальном режиме

UN
U N хх
50...100
U N U N хх
R L
2
N
2 2
N
R L (1 K L )
2
N
2 2
N
2
при K L 1 и RN LN
LN
U N U N хх
RN
LN
Q
50...100
RN
недокомпенсация
перекомпенсация
1
KL

16. Напряжение на нейтрали в неполнофазных режимах

E
UN
1 3K L
UN
U N хх
при включении 1 фазы
E/2
UN
1 3 / 2K L
при включении 2 фаз
1/3
2/3
1
KL

17. Преимущества заземления через ДГР

позволяет в определенных случаях снизить
ток замыкания на землю до его погасания,
то есть ликвидировать дуговые
перенапряжения;
уменьшает число переходов ОЗЗ в двух- и
трехфазные короткие замыкания;
улучшает условия электробезопасности в
месте замыкания.

18. Недостатки заземления через ДГР

необходимость симметрирования сети до
степени 0,75% фазного;
сложность и высокая стоимость систем
автоматической подстройки ДГР,
необходимой для разветвленных городских
сетей с часто изменяемой конфигурацией;
практически полное отсутствие селективных
защит от ОЗЗ для сети с заземлением
нейтрали через ДГР.

19. Реактор 10 кВ

20.

21.

22. 1.4. Сеть с резистивным заземлением нейтрали

Ec
Eb
Ea
uN
uc
Сф
ub
Сф
ua
Сф
RN
Iз

23. Векторная диаграмма в режиме замыкания

Ec I
c
I з j3 EаCф 1
Iз
UN
Ea
IR
Eb
2
KR ,
U N хх
1
2
KR
xc
1
KR
R 3 Cф R

24.

Преимущества резистивного
заземления нейтрали
полное устранение феррорезонансных
явлений;
снижение уровня дуговых перенапряжений
и устранение перехода ОЗЗ в двух- и
трехфазные замыкания;
возможность построения простых
селективных защит от ОЗЗ.

25. Недостатки резистивного заземления нейтрали

увеличение тока замыкания на землю;
появление на подстанции греющегося
оборудования (резистора мощностью 30–400
кВт).

26.

27.

28.

29. Рекомендуемые режимы нейтрали сетей среднего напряжения (емкостный ток ниже границы ПУЭ)

30.

Тип электрической
сети
Длительная
работа с ОЗЗ
ОЗЗ
отключается РЗ
Сети генераторного
напряжения
изолированная
изолированная
Сети собственных
нужд электрических
станций
изолированная,
резистор
резистор
Распределительные
сети с воздушными
линиями
изолированная,
резистор
резистор
Городские, поселковые
кабельные сети (без ВЛ)
изолированная,
резистор
Сети, питающие
передвижные подстанции
и механизмы, торфяные
разработки, шахты и т.п.
–
резистор
резистор

31. Рекомендуемые режимы нейтрали сетей среднего напряжения (емкостный ток выше границы ПУЭ)

32.

Тип электрической
сети
Длительная
работа с ОЗЗ
ОЗЗ
отключается РЗ
Сети генераторного
напряжения
ДГР
изолированная
Сети собственных
нужд электрических
станций
ДГР
резистор
Распределительные
сети с воздушными
линиями
резистор (ДГР)
резистор
Городские, поселковые
кабельные сети (без ВЛ)
ДГР
Сети, питающие
передвижные подстанции
и механизмы, торфяные
разработки, шахты и т.п.
–
резистор
резистор

33. 1.5. Сеть с глухим заземлением нейтрали

34. Принципиальная схема при однофазном к.з. в сети с глухим заземлением нейтрали

E1
E2
Ia

35. Схемы замещения для прямой и нулевой последовательностей

(1)
E1
xг1+xт1
z1, 1
z1, 2
I
xт1
z0, 10
xг2+xт2
(1)
z0, 20
I
( 0)
xт2
(1)
E2

36. Система уравнений для прямой и нулевой последовательностей

E U z I
( 0)
(0)
( 0)
0 U zвх I
(1)
э
(1)
(1)
вх
(1)
Граничные условия в месте замыкания:
U a 0; I b I c 0.

37. Решая совместно полученную систему уравнений, получим:

3
E
эa
I
a
(1)
( 0)
2 zвх zвх
( 0)
вх
3
z
3
j
U b (1)
E
E
эa
эa
(0)
2 2 zвх zвх
2
(0)
вх
3
z
3
j
U c (1)
E
E
эa
эa
(0)
2 2 zвх zвх
2

38.

Принимая
(1)
zвх
обозначив
(1)
jxвх ;
(0)
xвх
(1)
xвх
( 0)
zвх
( 0)
jxвх
m
и переходя к модулям, получаем:

39.

Eэa
3
( 3)
I a (1)
I KI
xвх 2 m
3 m m 1
U b U c Eэa
Eэa KU
2 m
2

40. Зависимости KU и KI от параметра m

K
m , KU 3
KI
KU
1
m , K I 0
0
1
2
3
4 m

41. 1.6. Применение низкоомных сопротивлений в нейтрали трансформаторов сети

E1
E2
zN
Ia

42. Схема замещения для нулевой последовательности

zт1
z0 , 10
z0, 20
xт2
Iз
j ( xт1 3xN ) при z N jxN ;
zT 1
jxт1 3RN при z N RN .

43. 1.7. Заземление нейтралей электрических генераторов

• В случае, если ток замыкания на землю в сети
генераторного напряжения превышает 5 А, то
нейтрали генераторов должны оснащаться ДГР
(ПУЭ, издания до 1986 г.)
• На блоках с генераторами мощностью более
30 МВт должна быть предусмотрена защита
от замыканий на землю в цепи генераторного
напряжения с выдержкой времени не более 0,5 с.
(ПУЭ, издание 2002 г.)

44. Принципиальная схема блока

Г
ВГ
Т
ВЛ или КЛ
(0,3...1,2 км)
zN
ОРУ ВН

45.

I з j3 EаCф ,
Cф Сг Ст Сш Стсн

46. Емкости блоков генераторного напряжения

Uном, кВ Тип блока Сф, мкФ
Рбл, МВт
10,5
ГЭС
0,2…0,4
20…40
15,75
ГЭС
1…1,5
100…700
20
ТЭС
АЭС
0,2…0,4
300…500
24
ТЭС
АЭС
0,2…0,4 800…1200

47. При компенсации тока замыкания с помощью ДГР

I з j 3 EаCф (1 K L ),
xC
1
KL
2
xL 3 Cф LN

48. Смещение нейтрали генераторов в неполнофазных режимах

UN
x
sin
E 1 KL
2
– при включении 2 фаз
UN
2x
sin
E 1 KL
2
– при включении 1 фазы
где
Cт
x
Cг Cт

49. Рекомендации по условиям эксплуатации ДГК в нейтрали генераторов

KL = 1,1 – 1,15
= 200 – 300

50. При резистивном заземлении нейтрали генераторов

I з j3 EаCф 1
UN
x
sin
2
E
2
1 KR
UN
2x
sin
2
E
2
1 KR
2
KR ,
– при включении 2 фаз
– при включении 1 фазы