Сети с эффективным заземлением нейтрали
- Подробности
- Категория: Подстанции
- подстанции
- нейтраль
- сети
- среднее напряжение
- режимы работы
Содержание материала
- Режимы нейтрали электрических сетей
- Напряжения и токи при однофазном замыкании на землю
- Установившееся однофазное замыкание на землю
- Переходные процессы при замыкании на землю
- Перемежающееся дуговое замыкание на землю
- Преимущества и недостатки работы некомпенсированной сети с изолированной нейтралью
- Сеть с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление
- Компенсированная сеть
- Нормальный режим работы компенсированной сети, преимущества
- Сети с эффективным заземлением нейтрали
- Сопротивления трех последовательностей элементов сети
- Феррорезонансные процессы в электрических сетях при замыкании фазы на землю
- Феррорезонансные процессы в сети, возникающие при ее исправном состоянии
- Нагруженный ФНПП при учете потерь в его обмотках и магнитопроводах
- Мероприятия по ограничению феррорезонансных процессов в сети
- Феррорезонансные процессы в сетях, нормально работающих с глухозаземленной нейтралью
- Способы выполнения заземления нейтрали некомпенсированных сетей
- Эффективное заземление нейтрали электрических сетей
- Автоматическое замыкание на землю поврежденной фазы
- Развитие принципов выполнения дугогасящих аппаратов
- Конструкции дугогасящих реакторов
- ДГР с переключением ответвлений обмотки под напряжением
- Преимущества и недостатки ДГР различных типов
- Принципы автоматической настройки компенсации емкостного тока основной частоты
- АНК по фазовым характеристикам сети
- Компенсация активной и гармонических составляющих тока замыкания на землю
- Преимущества и недостатки основных принципов и устройств компенсации тока замыкания на землю
- Ограничение напряжения нейтрали в компенсированной сети
- Влияние режимов нейтрали на технико-экономические показатели электрической сети
- Режим нейтрали и надежность электроснабжения потребителей
- Влияние режимов нейтрали на условия безопасности в электрических сетях
- Влияние режимов нейтрали на выполнение устройств селективной защиты от замыканий на землю
- Выбор режимов нейтрали в сетях
- Список литературы
Страница 10 из 34
глава V
СЕТИ С ЭФФЕКТИВНЫМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ
Основные данные
Рассмотрим основные особенности работы сетей при эффективном заземлении нейтрали.
Требуемое при таком заземлении ограничение напряжений на неповрежденных фазах до 0,8 номинального междуфазного напряжения сети или приблизительно 1,4 номинального фазного позволяет применять так называемые 80 %-ные грозозащитные разрядники, и, соответственно, существенно уменьшить стоимость изоляции сети.
Учитывая возможность повышения рабочего напряжения сети на 5 % номинального при выполнении условия эффективного заземления нейтрали [8], следует считать, что допустимое напряжение неповрежденной фазы при однофазном замыкании, отнесенное к ее рабочему фазному напряжению, не должно превышать
Заметим, что при допущении более высокого напряжения на фазах заземление нейтрали должно считаться неэффективным, так как пришлось бы применить 115 %-ные разрядники.
Частный случай эффективного заземления нейтрали — глухое заземление. При эффективном (глухом) заземлении нейтрали замыкание фазы на землю является, по существу, однофазным к. з. Тяжелым аварийным режимом является также двух- или трехфазное к.
з. на землю. Однако при таких к. з. напряжения на неповрежденных фазах, а также токи к. з. оказываются меньшими, чем при однофазных замыканиях на землю. Поэтому двух- и трехфазные к. з. на землю нами не рассматриваются.Обычно в электрических сетях с эффективно заземленной нейтралью для ограничения тока однофазного к. з. заземляют нейтрали не всех, а лишь части силовых трансформаторов. Для той же цепи в некоторых случаях нейтрали трансформаторов заземляют через дополнительное активное или индуктивное сопротивление (подробнее см. параграф 2 гл. VIII).
Рис. 22. Упрощенная схема сети с эффективным заземлением нейтрали при однофазном замыкании на землю.
При эффективном заземлении нейтрали поперечная проводимость сети Z0 (см. рис. 4) весьма незначительно влияет на процессы замыкания на землю. Поэтому можно с достаточной точностью принять Z0=∞. Учитывая основные уравнения (1.3) — (1.8) и схемы замещения, приведенные на рис. 5, можно написать следующие выражения:
Следует подчеркнуть, что в последних выражениях Z0 представляет собой комплексное сопротивление нулевой последовательности сети за вычетом утроенного заземляющего сопротивления 3Z или, что то же, сопротивление нулевой последовательности сети при глухом заземлении ее нейтрали.
Схема сети с эффективно заземленной нейтралью представлена на рис. 22. Соответствующие схемы замещения трех последовательностей не отличаются от рассмотренных на рис. 5, б. На рис. 23 построены векторные диаграммы токов и напряжений фаз относительно земли, возникающих в месте повреждения при заземлении нейтрали через резистор (Z= R) и при металлическом однофазном замыкании на землю (R = 0).
Ряс. 23. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте замыкания на землю в сети с эффективным заземлением нейтрали (R = 0; Zн=Rн=1; x0= 2):
а— ток поврежденной фазы и его симметричные составляющие; б — ЭДС эквивалентного генератора в поврежденной фазе и ее составляющие; в — симметричные составляющие напряжений трех фаз: г — построение результирующих напряжений
трех фаз.
При построении этих диаграмм мы пренебрегли токами нагрузки сети и приняли, что сопротивления прямой и обратной последовательностей сети, а также ее сопротивление нулевой последовательности за вычетом Rн
ЯВЛЯЮТСЯ ЧИСТО индуктивными (Z1=Z2=jХ1, Z0 = jx0).
Отношения абсолютных значений сопротивлений Rн, х2, х0 к абсолютному значению х1 приняты следующими: Rн/x1=1;х2/х1=1; х20/x1=2.
На рис. 23, а представлены векторные диаграммы тока поврежденной фазы Iа и его симметричных составляющих.
Как показано в гл. I, составляющие IA1, IA2, IA0 равны между собой независимо от режима нейтрали сети. На рис. 23, б изображены создаваемые этими составляющими одноименные падения напряжения в индуктивных сопротивлениях фазы А сети, а также падение напряжения в сопротивлении резистора, вызываемое током нулевой последовательности. Согласно выражению (1.3) сумма перечисленных падений напряжения равна ЭДС эквивалентного генератора Eф = ЕА. Как видно из диаграммы, напряжение прямой последовательности поврежденной фазы UΑ1 определяется как разность EА— jx1IA1, а напряжения обратной и нулевой последовательностей — как падения напряжений от одноименных токов в сопротивлениях jx2 и jx0, взятые с обратным знаком. На рис. 23, в отдельно показаны составляющие напряжений трех последовательностей фаз А, В, С, а на рис.
Следует заметить, что по мере удаления от места замыкания на землю к источнику ЭДС (см. рис. 22) напряжения Uв, Uс уменьшаются, а напряжение Uа возрастает. На зажимах источника А, В, С (при его внутренних сопротивлениях, равных нулю) составляющие прямой последовательности этих напряжений относительно нейтрали равны симметричным ЭДС Еа, Ев, Ес как при нормальном режиме работы, а составляющие обратной последовательности равны нулю.
К основным показателям сети с эффективным заземлением нейтрали относятся возникающие при замыкании фазы на землю в заданной точке напряжения рабочей частоты на неповрежденных фазах и на нейтрали, а также отношение тока однофазного к. з. на землю к току симметричного трехфазного к. з. в той же точке т.
Для расчета этих показателей необходимо предварительно определить возможные соотношения между продольными сопротивлениями прямой, обратной и нулевой последовательностей основных элементов сети и ее результирующими сопротивлениями.
- Назад
- Вперёд
- Назад
- Вперёд
- Вы здесь:
- Главная
- Архив
- Эксплуатация городской сети
Еще по теме:
- Коммунальные предприятия против «выскочек края сети»
- Решение режимных задач электрических сетей 6—35 кВ на ЭВМ
- Мероприятия по повышению пропускной способности городской сети
- Эксплуатация городской сети
- Защита сельских сетей от кз
Напряжение 110 кВ и выше
Ранее мы говорили, что нейтраль обычно
заземляют, но есть такое понятие, как
эффективно заземлённая нейтраль
(ЭФН).
Это значит, что у некоторых трансформаторов на напряжение 110 кВ мы нейтраль заземлим, а у некоторых мы нейтраль разземлим с последующей возможностью заземления.
Для оценки кратности перенапряжений вводят такое понятие как коэффициент замыкания на землю – это отношение фазного напряжения неповреждённой фазы при ОЗЗ к номинальному фазному напряжению сети. Как следует из вышесказанного, в сетях с изолированной нейтралью коэффициент замыкания на землю равен 1,73. Это означает, что изолированная нейтраль приводит к проблеме повышения фазного напряжения. Проектировщик, заранее зная об этом, выполняет фазную изоляцию из расчёта линейного (то есть повышенного на 73%) напряжения. Так как удельные капитальные вложения в изоляцию электроустановки среднего напряжения не столь высоки, как в установках высокого напряжения, такое удорожание не приводит к чрезмерному росту стоимости электрооборудования.
В сетях 110 кВ и выше мы установим
,
и договоримся называть сети где
меньше, чем 1,4 сетями с эффективно
заземлённой нейтралью.
Мысленный эксперимент заключается в том, что на станции, мы имеем несколько трансформаторов с заземлёнными нейтралями и низким коэффициентом , но для понижения токов самого часто встречающегося ОЗЗ мы хотим разземлить нейтрали, это можно делать до повышения до 1,4, стараясь поймать баланс между ними. Ситуация баланса называется эффективно заземлённой нейтралью.
В наших условиях эффективно заземлённая нейтраль применяется только на сетях 110 кВ. В сетях 220 кВ и выше, предложено нейтрали заземлить. Есть регионы, в которых эффективно заземлённая нейтраль применяется и на 220 кВ, но не выше. Хотя в документах ПУЭ таковые имеются.
Напряжение 0,4 кВ – как правило нейтраль заземляется, но:
в случае необходимости повышения надёжности питания электропотребителей
в случае, когда электроустановку эксплуатирует грамотный, квалифицированный персонал
и в случае, когда с заземлением возникают проблемы (нет земли, невозможно установить низкое сопротивление) допускаются возможности установление IT с изолированной нейтралью.
Напряжение 6-35 кВ – как привило нейтраль изолируют, но допускается ситуация, при больших токах замыкания на землю использовать резонансно заземлённую нейтраль, которая всё-таки тяготеет к изолированной, кроме того, есть дискуссия по поводу применения резистивно-заземлённой нейтрали, в котором есть две идеи:
высокоомная, заземление которой близко к изолированной нейтрали
низкоомная, заземление которой тяготеет к заземлённой нейтрали
Напряжение 110 кВ и выше – как правило глухо заземлённая нейтраль, но особенно на напряжение 110 кВ позволяют некоторые нейтрали разземлять. И только у трансформаторов, но никак не у автотрансформаторов, с целью снижения токов однофазных КЗ и при этом не очень сильных перенапряжений.
Рис. 2. Дополнительные способы заземления
нейтрали в сетях различного напряжения
а) с резонансно-заземлённой нейтралью
б) с резистивно-заземлённой нейтралью
в) с разземлённой нейтралью (вроде).
На автотрансформаторах нельзя размыкать нейтраль, потому что (смотрите на ютубчике), но если коротко, то если разземлить нейтраль, при замыкании на землю в фазе А, в сети высокого напряжения, в этот момент фазное напряжение фазы B и C подскочит в 2-3 раза, а это проблема перенапряжений. Поэтому в случае автотрансформатора нейтраль обязательно заземляется, и мы не можем думать о эффективном заземление нейтрали.
Эффективное заземление
Эффективное заземление (NEC 250-2): Устанавливает ноль
опорное напряжение для логических цепей в электронном оборудовании. Путь неисправности должен быть
постоянным и электрически непрерывным, должны быть способны безопасно выдерживать максимальное
неисправности, которая может быть наложена на него, и должен иметь достаточно низкий импеданс, чтобы облегчить
срабатывание устройств защиты от перегрузки по току в условиях неисправности. Все
заземляющие проводники (кроме заземления оборудования на МФА-150), связанные с
Система Meridian 1 (LRE, возврат батареи и защитное заземление № 6) являются частью УТИЛИЗАЦИИ.
ОБОРУДОВАНИЕ, а не СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ ПОМЕЩЕНИЙ и, как таковая, НЕ подпадает под требования
Национального электротехнического кодекса.
| Каталожные номера:
Издание National Electric Code (NEC) 1999 г. |
Электроды заземления:
Может быть заземленной стальной конструкцией, железобетоном или заземляющими стержнями. Каждый раз, когда вы удваиваете количество электродов или удваиваете глубину, сопротивление уменьшается. примерно 40%. Все заземления одного и того же здания должны быть соединены во избежание потенциал между основаниями. Может возникнуть необходимость склеивания отдельных зданий, если металлические данные между зданиями используется кабель (например, RS232) (или используйте непроводящий оптоволоконный кабель).
Одноточечное заземление:
Nortel требует, чтобы все заземляющие проводники телефонной системы заканчиваться в одной точке, включая следующее:
- Заземление всего оборудования ответвлений переменного тока, питающего оборудование Meridian 1.
- Опасность для персонала или заземляющий провод.
- Заземление компенсатора возврата батареи (BRE) для систем постоянного тока.
- Заземляющий проводник логического возвратного эквалайзера (LRE).
Вспомогательное оборудование, не расположенное на одном и том же изолированном заземлении, должно быть изолировано оптоволоконными кабелями.
Соединение нейтрали и земли в системах с изолированным заземлением:
• Нейтраль и земля соединяются только в основном сервисе. Панель и все отдельно производные системы (например, вторичная изоляция трансформатор или генератор или инвертор). Каждая связь затем подключается к заземлению. электрод, либо заземленная стальная конструкция, либо заземляющий стержень. Не приклеивайте к субпанелям или у емкостей. Неправильное заземление нейтрали и земли может вызвать потенциал напряжения между площадками, тем самым вызывая ток на площадках и нарушая работу Меридиана 1.
| Ссылка на Национальный электротехнический кодекс (NEC) 1999 г. :
250-24-5: Не требует заземления
нейтраль ниже по потоку от основной точки соединения нейтрали с землей (это поместит некоторые из
обратный ток нагрузки на землю). |
• Металлический кабелепровод рекомендуется, поскольку он защищает от
Радиочастотные помехи (RFI). Однако металлические сосуды,
подключенный к кабелепроводу, улавливает шум и помехи от другого оборудования в
здание. Требование к заземлению металлических коробок и кабелепроводов может быть выполнено с помощью
кабелепровод возвращается к основной сервисной панели. Чтобы изолировать заземление розетки от
коробки/кабелепровод, используйте изолированные емкости (оранжевого цвета) или неметаллические коробки. Изолировать
оборудование из трубопровода использовать неметаллические фитинги.
Изолированный заземляющий провод между оборудованием Meridian и Заземляющий электрод должен быть изолирован во избежание контакта с другими заземлениями. На DC В системе изолированное заземление может быть проложено отдельно от горячего и нейтрального проводов. На переменном токе системы, заземляющий проводник должен быть проложен вместе с горячим и нейтральным проводами, чтобы компенсировать реактивное сопротивление.
| Ссылки на Национальный электротехнический кодекс (NEC) 1999 года:
250-146 Подключение клеммы заземления розетки к коробке. 250-134, (б), Исключение № 2: Для цепей постоянного тока заземление оборудования
проводник допускается прокладывать отдельно от проводников цепи. 250-96 Изолированные Заземленные цепи. |
• Используйте общий номер заземления для всего здания.
| Ссылка на Национальный электротехнический кодекс (NEC) 1999 г.:
250-30 Общий заземляющий электрод |
Правильная установка с изолированным заземлением:
Ниже приведены три иллюстрации правильной установки с изолированным заземлением. Хотя во всех трех примерах используется один контактный провод, в США выпрямители могут быть подключены с использованием двух горячих проводов на 208 или 220 вольт.
Эффективное заземление для фотоэлектрических систем
Эффективное заземление в фотоэлектрических (PV) системах — это создание опорного заземления с низким импедансом на стороне переменного тока инвертора или группы инверторов, которое спроектировано так, чтобы быть совместимым с требования распределительной сети и существующая схема заземления. Коммунальным компаниям часто требуется эффективное заземление для коммерческих, промышленных или коммунальных фотоэлектрических распределенных источников энергии (DER) в точке общего подключения.
Надлежащее проектирование эффективного заземления необходимо из-за его критической функциональности во время событий замыкания на землю. Это также является серьезной проблемой присоединения. Неотъемлемые сложности делают эффективное проектирование заземления приоритетом на этапе планирования проекта и могут гарантировать более экономичную конструкцию.
Понимание функциональности эффективного заземления
Требования к эффективному заземлению играют ключевую роль в снижении потенциальных временных перенапряжений, которые могут возникать в фотоэлектрических инверторах. Когда в трехфазной распределительной сети происходит замыкание на землю, оборудование подстанции обычно обнаруживает это и размыкает соответствующую цепь. Это эффективно изолирует часть сети от поврежденного участка и воспринимается как потеря линии на PV DER.
Предоставлено S&C Electric Company
Фотоэлектрические системы во время замыканий на землю. В соответствии со стандартами, установленными Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), в частности, IEEE 1547, фотоэлектрические инверторы, подключенные к сети, будут немедленно обесточивать распределительные фидеры во время определенных сценариев ненормальной работы сети, включая замыкания линии сети на землю. и потеря линии. Эта функция называется защитой от изолирования, и ее время отклика обычно не превышает секунды после события. В качестве защитной функции защита от островков может быть очень эффективной. Однако для крупномасштабных трехфазных PV DER время отклика против изолирования может быть недостаточно быстрым.
Эффективное заземление во время событий замыкания на землю. Когда оборудование подстанции изолирует неисправную линию в сети, оно одновременно изолирует опорную точку заземления системы для этого участка сети. В течение короткого периода времени, необходимого PV DER для обнаружения изолированного состояния и отключения, он продолжит питать нагрузки. Если оно не оснащено надлежащим эффективным заземлением, оно также может привести к потенциально опасным временным перенапряжениям (TOV) на исправных линиях.
Ответственность коммунальных предприятий во время замыканий на землю. Во время событий TOV все соседние цепи и оборудование подвергаются риску. Коммунальная компания может быть привлечена к ответственности за ущерб, независимо от того, что вызвало ТОВ. Следовательно, коммунальной компании может потребоваться эффективное заземление, совместимое с ее собственной инфраструктурой заземления, как неотъемлемая часть конструкции фотоэлектрической системы. Эти эффективные требования к заземлению служат своего рода страховкой.
Требования к навигационной утилите
Каждая коммунальная компания, как и AHJ, определяет требования и утверждает свои действующие политики заземления и технические параметры. С более чем 3000 коммунальных предприятий, участвующих в развивающейся индустрии PV DER, существует множество возможных требований к эффективным схемам заземления. Эти требования во многом различаются. Тем не менее, дискуссия в первую очередь связана с тем, как каждая коммунальная компания определяет эффективные требования к заземлению в отношении конструкции своей системы, и как это определение изменилось в последние годы, чтобы не отставать от увеличения количества фотоэлектрических систем.
Моделирование фотоэлектрических инверторов как генераторов. IEEE, лидер в области технических стандартов, принятых коммунальными предприятиями, исторически определял эффективное заземление с расчетами коэффициентов в качестве индикаторов, используя переменные, легко применимые к вращающимся генераторам. Генераторы представляют собой источники постоянного переменного напряжения с движущимися частями; из-за механической инерции генераторы являются источником больших токов короткого замыкания. В отличие от генераторов, фотоэлектрические инверторы представляют собой источники питания с ограниченным током, защищенные встроенными релейными функциями, которые могут отключаться в течение нескольких циклов после обнаружения ненормальной работы сети.
Некоторые переменные в обычных расчетах эффективного заземления IEEE не определены для фотоэлектрических инверторов. Это вынуждает производителей оборудования, инженеров и коммунальных служб идентифицировать эти переменные в отсутствие определенных стандартов. Более того, в сценариях замыкания на землю в сети поведение фотоэлектрических инверторов значительно отличается от поведения обычных генераторов.
Предоставлено SMA-America
Моделирование фотоэлектрических инверторов как источников с регулируемым током. В 2017 году IEEE утвердил шестую часть до Руководство IEEE C62.92 по применению заземления нейтрали в системах электроснабжения. Часть VI: Системы, питаемые от источников с регулируемым током. Источники с регулируемым током являются инверторами согласно определению IEEE, и этот стандарт учитывает вышеупомянутые различия между обычными генераторами и фотоэлектрическими инверторами.
Требования к полезному моделированию. Некоторые коммунальные службы используют новое руководство IEEE 62. 92.6 для определения эффективного заземления. Это очень контекстуализированная модель, хотя и сложная. Другие коммунальные предприятия по-прежнему используют обычные коэффициенты на основе генератора, которые могут быть не самыми подходящими. Более крупные коммунальные предприятия могут даже иметь собственные расчеты коэффициентов, основанные на их конкретных профилях нагрузки и требованиях IEEE, и могут четко излагать их для разработчиков в своей юрисдикции.
Интеграция эффективного заземления в планирование проекта
Использование эффективного заземления в разработке проекта отвечает интересам каждого разработчика. Недооценка или непонимание требований AHJ к эффективному заземлению может обойтись так же дорого, как и полное их игнорирование. Заинтересованные стороны проекта должны учитывать политику коммунальных предприятий, пороговые значения мощности, выбор соответствующего оборудования и схемы защиты.
Когда начинать. Требования к сети определяют соответствующую эффективную конфигурацию заземления. Поскольку общепринятых отраслевых стандартов не существует, исследования должны начинаться в самом начале разработки проекта, чтобы было достаточно времени для проектирования. Некоторые утилиты могут предложить больше рекомендаций, чем другие. Оперативный сбор данных дает больше времени для согласования и спецификации оборудования.
Выбор оборудования. Эффективное заземление может быть выполнено с помощью различных аппаратных опций, определяемых требованиями коммунальных служб, сроками поставки оборудования и предпочтениями в отношении оборудования. Если бы исследование было своевременным, эффективное заземление могло бы даже способствовать выбору оборудования для наиболее экономичных решений. Например, разработана ли фотоэлектрическая система со струнными инверторами — и в этом случае можно использовать зигзагообразный трансформатор или заземленный трансформатор по схеме «треугольник» — или это центральный инвертор со встроенным трансформатором, для которого более подходящим является заземляющий реактор? ?
Снижение затрат и сложности.
