Эффективно заземленная нейтраль что это такое. Эффективно заземленная нейтраль: особенности, преимущества и применение в электросетях

Что такое эффективно заземленная нейтраль. Как работает система с ЭЗН. Каковы преимущества и недостатки использования ЭЗН в электросетях. Где применяется эффективно заземленная нейтраль.

Что такое эффективно заземленная нейтраль

Эффективно заземленная нейтраль (ЭЗН) — это способ заземления нейтрали трехфазной электрической сети напряжением выше 1000 В, при котором коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Данный тип заземления применяется в сетях высокого и сверхвысокого напряжения, где нейтраль соединяется с заземляющим устройством напрямую или через небольшое активное сопротивление.

Коэффициент замыкания на землю определяется как отношение напряжения между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания к фазному напряжению в этой точке до замыкания. При ЭЗН этот коэффициент не превышает 1,4, что означает ограниченное повышение напряжения на неповрежденных фазах при однофазном коротком замыкании.

Принцип работы системы с эффективно заземленной нейтралью

В сети с эффективно заземленной нейтралью при возникновении однофазного короткого замыкания происходит следующее:

• Напряжение поврежденной фазы относительно земли падает до нуля
• Напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает не более чем в 1,4 раза
• Возникает значительный ток короткого замыкания через заземленную нейтраль
• Срабатывает релейная защита, отключая поврежденный участок

Важной особенностью ЭЗН является то, что ток короткого замыкания компенсирует емкостные токи утечки, предотвращая возникновение дуговых перенапряжений.

Преимущества использования эффективно заземленной нейтрали

Применение эффективно заземленной нейтрали в высоковольтных сетях имеет ряд существенных преимуществ:

Ограничение перенапряжений

За счет ограничения коэффициента замыкания на землю значением 1,4 снижается уровень перенапряжений в сети при однофазных коротких замыканиях. Это позволяет использовать оборудование с меньшим запасом электрической прочности изоляции.

Экономичность

Применение оборудования с меньшим уровнем изоляции приводит к снижению капитальных затрат на сооружение линий электропередачи и подстанций. Особенно заметна экономия для сетей сверхвысокого напряжения.

Эффективная работа релейной защиты

Значительные токи однофазного короткого замыкания позволяют обеспечить быстродействующую и селективную работу устройств релейной защиты и автоматики. Это повышает надежность электроснабжения.

Предотвращение дуговых перенапряжений

Компенсация емкостных токов утечки током короткого замыкания исключает возможность возникновения дуговых перенапряжений, характерных для сетей с изолированной нейтралью.

Недостатки эффективно заземленной нейтрали

Наряду с преимуществами, использование ЭЗН имеет и определенные недостатки:

Большие токи короткого замыкания

Значительные токи однофазного короткого замыкания могут приводить к повреждению оборудования, нарушению устойчивости параллельной работы генераторов, появлению опасных напряжений прикосновения и шага.

Сложность выполнения заземляющих устройств

Для пропускания больших токов короткого замыкания требуется сооружение развитых заземляющих устройств с малым сопротивлением, что увеличивает капитальные затраты.

Электромагнитное влияние на линии связи

Большие токи короткого замыкания создают сильные магнитные поля, оказывающие мешающее влияние на близлежащие линии связи.

Области применения эффективно заземленной нейтрали

Эффективно заземленная нейтраль применяется в следующих случаях:

Сети высокого и сверхвысокого напряжения

В России и странах СНГ ЭЗН используется в сетях 110 кВ и выше. Это обусловлено необходимостью ограничения перенапряжений и снижения затрат на изоляцию оборудования.

Городские электрические сети

В городских сетях применение ЭЗН позволяет использовать кабели с пониженным уровнем изоляции. Например, в сети 10 кВ можно применять кабель на напряжение 6 кВ, что дает экономический эффект.

Системы электроснабжения промышленных предприятий

На крупных промышленных предприятиях ЭЗН может применяться в сетях 6-10 кВ для повышения чувствительности релейной защиты и уменьшения длительности коротких замыканий.

Особенности выполнения заземляющих устройств для ЭЗН

Заземляющие устройства для сетей с эффективно заземленной нейтралью должны отвечать следующим требованиям:

• Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом
• Необходимо выполнение выравнивания потенциалов на территории подстанции
• Заземлители должны иметь большую поверхность соприкосновения с грунтом
• Рекомендуется применение глубинных заземлителей

Выполнение этих требований позволяет обеспечить безопасность персонала и надежную работу оборудования при протекании больших токов короткого замыкания.

Режимы заземления нейтрали в электрических сетях различных классов напряжения

Выбор режима заземления нейтрали зависит от класса напряжения сети:

Сети до 1 кВ

Применяется глухое заземление нейтрали. Это обеспечивает быстрое отключение при замыканиях на землю и безопасность прикосновения к корпусам электроприемников.

Сети 6-35 кВ

Используется изолированная нейтраль или заземление через дугогасящий реактор. Это позволяет ограничить токи замыкания на землю и сохранить работоспособность сети при однофазных замыканиях.

Сети 110 кВ и выше

Применяется эффективное заземление нейтрали для ограничения перенапряжений и снижения стоимости изоляции оборудования.

Таким образом, эффективно заземленная нейтраль является важным элементом обеспечения надежности и экономичности высоковольтных электрических сетей. Правильный выбор режима заземления нейтрали позволяет оптимизировать работу электроэнергетических систем.

что это такое, какие плюсы и минусы у этой схемы

Для передачи электроэнергии на большие расстояния применяют сети высокого напряжения. Безопасная эксплуатация обеспечивается средствами защиты, которая для каждого напряжения своя. В зависимости питающего напряжения применяют различные виды заземления нейтрали. Согласно правилу эксплуатации электроустановок, в сетях до 0,4 КВ применяется глухозаземленная нейтраль. В сетях 0,6-35 кВ для увеличения надежности используется схема с изолированной нейтралью. Для исключения перенапряжения неповрежденных фаз при коротком замыкании одной фазы на землю в линиях 110-1150 кВ применяется эффективно заземленная нейтраль (ЭЗН). Что это такое и в чем особенность данной схемы, мы расскажем читателям сайта Сам Электрик в пределах этой статьи.

• Определение эффективно заземленной нейтрали
• Требования ПУЭ к сетям
• Достоинства и недостатки
• Заключение

Определение эффективно заземленной нейтрали

ЭЗН применяется в высоковольтных сетях 110 кВ и более. В случае замыкания фазы на землю, представляет собой однофазное КЗ.

Оно сопровождается значительными токами в месте повреждения, в результате чего срабатывает система защиты с отключением напряжения. Дадим определение, что это такое.

Эффективно заземленная нейтраль — это заземленная нейтраль в сетях трехфазного напряжения выше 1000 В, коэффициент замыкания на землю которой ≤ 1,4.

На ниже приведенном рисунке представлена схема ЭЗН:

Это значит, что при однофазном замыкании на землю, напряжение других, не поврежденных фаз, увеличится на величину, не превышающую значения 1,4.

И рассчитывается по нижеприведенной формуле:

Это имеет большое значение для высоковольтных сетей. Т.к. при такой схеме напряжение неповрежденных фаз не значительно превышает номинальное. А это значит, что нет необходимости увеличивать изоляцию сетей и оборудования.

Эксплуатация сетей с ЭЗН будет обходиться значительно дешевле. При этом следует учитывать, что экономия увеличивается по мере возрастания напряжения в линии.

Требования ПУЭ к сетям

Для сетей с эффективно изолированной нейтралью ПУЭ регламентирует максимальное сопротивление заземления, не превышающего 0,5 Ом. При этом учитывается естественное заземление. А сопротивление искусственных заземлителей не должно быть более 1 Ом.

Это справедливо для установок свыше 1000 В, режим токов КЗ на землю у которых равен или превышает значения 500 А. При этом следует учитывать, что ЭИН и глухозаземленная нейтраль имеют аналогичные схемы без существенных отличий. Такая схема показана на рисунке снизу.

Эффективно заземления нейтраль и глухозаземленная схема заземления позволяют предупредить дуговые перенапряжения. Однако, они относятся к системам с большими токами короткого замыкания на землю (больше или равно 500А).

Для уменьшения токов КЗ используют искусственное увеличение нулевой последовательности. Для этого на подстанции заземляется только часть нейтралей трансформаторов, или нейтрали заземляются через резистор.

В результате увеличивается напряжение на неповрежденных проводниках. К наиболее тяжелым авариям относят межфазное короткое замыкание. При этом, напряжение и токи короткого замыкания будут меньше, чем при однофазном КЗ.

Поэтому расчеты выполняются на основании больших значений, т.е. однофазного короткого замыкания.

Как выглядит однофазное КЗ на рисунке снизу:

Эффективно заземленная нейтраль предназначена для высоковольтных сетей 110 кВ и более. Но допускается использовать такую схему и для напряжения менее 1 000 В. Ее применяют там, где отсутствуют и не предвидится монтаж электроустановок, в которых может возникнуть пожар или устройства, которые могут выйти из строя или взорваться.

Другими словами, ЭЗН применяется в сетях с напряжением менее 1000 В, при условии отсутствия взрыво- и пожароопасных приборов.

Эффективно используются в городских электрических сетях. Особенность работы таких линий заключается в том, что при коэффициенте замыкания на землю менее единицы, можно применить кабель, рассчитанный на напряжение 6 кВ в сетях с напряжением 10 кВ.

Это позволяет передавать большую мощность с коэффициентом 1,73. При этом замена кабеля и коммутационной аппаратуры не требуется.

Достоинства и недостатки

Эффективно заземленная нейтраль применяется в сетях 110 кВ и выше. Она обладает рядом преимуществ.

Главным назначением таких схем являются:

• В схемах с ЭЗН происходит стабилизация потенциала нейтрали и исключение вероятности возникновения устойчивых заземляющих дуг и последствий возникающих вследствие КЗ.
• При КЗ на землю и переходных процессах, на изоляцию не воздействуют большие напряжения. Что дает возможность применить изоляцию с меньшим запасом прочности. А это в свою очередь дает значительный экономический эффект от применения менее дорогостоящей изоляции, что снижает эксплуатационные затраты сетей.
• Применение быстродействующей селективной автоматики. Мгновенная работа защиты не позволяет усугубить возникшую неисправность.

Кроме очевидных достоинств, сети имеют и недостатки.

К ним относятся:

• При любом КЗ на землю происходит обесточивание неисправного участка. При этом релейные системы защиты оборудуются средствами автоматического повторного включения. При отключении напряжения средствами автоматики, происходит нарушение бесперебойной подачи напряжения, что негативно сказывается на потребителях. А в некоторых случаях, ответственные потребители, вынуждены устанавливать устройства подачи бесперебойного напряжения.
• В момент короткого замыкания возникает повышенный электромагнитный импульс. Он отрицательно влияет на средства связи. Их приходится дополнительно экранировать.
• Применение сложных быстродействующих средств защиты.
• Выход генератора из синхронизма при значительных токах короткого замыкания. Т.е. в момент КЗ происходит «притормаживание» генератора.
• Значительные токи короткого замыкания могу вызвать повреждение кабеля с повреждением изоляции, механическое разрушение изоляторов на ЛЭП, повреждение железа статора генератора в случае пробоя изоляции на землю и т. п.
• Возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие повышенного и шагового напряжения при коротком замыкании на землю.
• Изготовление заземляющих устройств. Отсутствие дублирующего заземления может оставить оборудование без защиты, если произойдет обрыв нейтрального провода.

Заключение

Принцип работы сетей с эффективно заземленной нейтралью можно кратко описать так. Основная часть замыканий на землю сопровождающаяся большими токами КЗ, самоустраняется после отключения напряжения. После автоматического повторного включения напряжения в ЛЭП, режим работы линии восстанавливается.

Заземление только части трансформаторов позволяет уменьшить токи КЗ. Так, если на подстанции смонтированы два трансформатора, то к заземляющему устройству подключают только один.

Эффективно-заземлённая нейтраль | Электротехнический журнал

Главная » Библиотека » Энциклопедия

Эффективно-заземлённая нейтраль (трех-фазной электроустановки) — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (1 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более К_зам = 1,4.

Термин «глухозаземлённая нейтраль» в сетях выше 1000В в данный момент не применяется. Электроустановки, в которых нейтраль соединяется с заземляющим устройством непосредственно, также относятся к электроустановкам с эффективно-заземлённой нейтралью.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Иначе говоря при замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью напряжение между землёй и неповреждёнными фазами возрастает до линейного — примерно в 1,73 раза; в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжение на неповреждённых фазах относительно земли возрастёт не более чем в 1,4 раза. Это особенно важно для сетей высокого напряжения, что уменьшает количество изоляции при изготовлении сетей и аппаратов, удешевляя их производство. Согласно рекомендации МЭК к сетям с эффективно-заземлённой нейтралью относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В СССР и России сети с эффективно-заземлённой нейтралью — это сети напряжением 110 кВ и выше.

Содержание

• Возникновение больших токов короткого замыкания (ТКЗ) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты. Большинство коротких замыканий на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустранимым и электроснабжение обычно восстанавливается АПВ.
• Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.
• Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з. Для устранения этого вводят режим частично разземлённых нейтралей трансформаторов (часть трансформаторов 110-220 кВ работают с изолированной нейтралью: нулевые выводы трансформаторов присоединяются через разъединители, которые находятся в отключённом состоянии). Ещё одним из способов ограничения тока к. з. на землю-это заземление нейтралей трансформаторов через активные токоограничивающие сопротивления.

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали

Согласно ПТЭЭП максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т. н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

Смотри также

• Глухозаземлённая нейтраль
• Изолированная нейтраль
• Режимы работы нейтрали

Примечания

1. ПУЭ — правила устройства электроустановок, издание 6-е и 7-е.
2. ПТЭЭП — правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

Рейтинг

( Пока оценок нет )

Комментарии⁰ Поделиться:

Загрузка …

Твердое заземление или эффективное заземление

27 ноября 2021 г.

Когда нейтраль системы напрямую соединена с землей с пренебрежимо малым сопротивлением и реактивным сопротивлением между ними, тогда система заземления называется сплошным заземлением или эффективным заземлением.

Система считается глухозаземленной, если для всех точек системы отношение реактивного сопротивления нулевой последовательности X ₀ к реактивному сопротивлению прямой последовательности X ₁ не превышает 3, а отношение сопротивления нулевой последовательности к реактивному сопротивлению прямой последовательности сопротивление не превышает 1 при любых условиях и при любой мощности генератора.

Рассмотрим трехфазную энергосистему с глухозаземленной нейтралью и замыканием на землю в фазе B, как показано на рисунке выше. При возникновении замыкания на землю в любой фазе фазное напряжение фазы, на которой произошло замыкание на землю, становится равным нулю, т. е. потенциал нейтрали и фазы В будет равным потенциалу земли. При этом фазные напряжения здоровых фаз остаются неизменными.

Видно, что ток короткого замыкания I _F полностью нейтрализует емкостной ток I _CF , потому что I _F находится в противофазе с I _CF . В глухозаземленной системе напряжения здоровых фаз в условиях замыкания на землю не превысят 80 % линейного напряжения. Диаграмма вектора показана ниже.

В случае неисправности на фазе B напряжения V _RE и V _YE  сохраняются на своих (доаварийных) значениях. Емкостные токи, протекающие в здоровых фазах, I _CR и I _CY опережают соответствующие им напряжения на 90°. Ток замыкания на землю I _F представляет собой ток с запаздыванием на 90° (из-за преимущественно индуктивного импеданса) по отношению к напряжению между фазой и нейтралью неисправной фазы. Общий емкостной ток I _CF является равнодействующей I _CR и I _CY .

Преимущества сплошного заземления:

• При твердом заземлении нейтраль эффективно удерживается при потенциале земли.
• Мы видели, что фазное напряжение фазы с замыканием на землю становится равным нулю и остается нормальным в случае здоровых фаз. Следовательно, оборудование должно быть изолировано по фазному напряжению, что приводит к экономии на стоимости оборудования.
• Из-за противофазы результирующего емкостного тока I _CF с током повреждения I _F . Эти два потока полностью аннулируют друг друга. Следовательно, при сплошном заземлении явление дугового замыкания на землю и условия перенапряжения не могут возникнуть.
• По сравнению с другими типами систем с заземлением, системы с глухозаземленным заземлением менее дороги для всех рабочих напряжений, так как напряжения здоровых фаз в случае замыкания на землю не превышают 80 % напряжения между фазами, тогда как в В случае других заземлений напряжение здоровых фаз возрастает примерно до 100% линейного напряжения.
• Система сплошного заземления позволяет использовать селективные защитные устройства из-за наличия большого тока короткого замыкания между точкой повреждения и заземленной нейтралью.
• При жестком заземлении релейная защита от замыканий на землю выполняется просто и удовлетворительно.

Недостатки сплошного заземления:

• При твердом заземлении возникают высокие токи замыкания, что может привести к нестабильности системы.
• Возможно обгорание контактов автоматического выключателя из-за высоких токов короткого замыкания.
• Помехи в соседних линиях связи будут больше из-за больших токов короткого замыкания.

Номер решения 05-01-030 -GO95-Правило 58.2

Номер решения 05-01-030 -GO95-Правило 58.2

Предыдущее изменение правила

Главная страница

Главная страница резолюции и решения

Список изменений для этого правила

Поиск решения Номер 05-01-030

Решение Номер 05-01-030

Следующее изменение правила

 

Исходная версия

Правило 58. 2

 

58.2    Трансформаторы

 

A.    Заземление или соединение

 

(1)    Заземление Обмоток: Если обмотки трансформатора заземлены, они должны быть надежно заземлены. Где вторичная система заземлена в любой точке, заземляющий проводник должен быть бегом к каждому сервису.

 

(2)    Местоположение Заземления обмотки трансформатора: Соединения заземления трансформатора должны быть предоставляется по одному из следующих адресов:

 

На опоре трансформатора или

 

На столбе, примыкающем к столбу трансформатора.

 

Заземляющие соединения трансформатора, отличные от тех, которые общие первичные и вторичные системы с заземленной нейтралью должны иметь емкость не менее, чем у медного провода № 6 AWG.

 

Там, где используется общая первичная и вторичная заземленная нейтраль. используемые соединения заземления должны соответствовать требованиям Правила 59.4А.

 

(3)    Трансформатор Заземление или соединение корпуса: (см. Правило 54.4G относительно зазоров между заземленным оборудованием)

Трансформаторы не должны опираться на металлические опоры или металл. опоры, соприкасающиеся с землей, за исключением случаев, когда корпуса надежно прикреплены к металлические опоры или части конструкций, соприкасающиеся с землей, и такие опоры или конструкции надежно заземлены. Трансформаторы установлены на металле монтажные кронштейны не должны выступать за вертикальную плоскость через центральная линия столба.

При соединении корпусов трансформаторов система соединения корпусов должна не быть электрически соединенным с каким-либо несвязанным оборудованием или с другими соединениями.

 

B.    Соединения между обмотками

Любое металлическое соединение между первичными и вторичные обмотки распределительного трансформатора (как в общей нейтрали систем) должны быть выполнены снаружи, а не внутри трансформатора. кейс.

 

Зачеркивание и подчеркнутая версия

Правило 58.2

 

58.2    Трансформаторы

 

A.    Заземление или соединение

 

(1)    Заземление Обмоток : Обмотки трансформаторов, обеспечивающие рабочее напряжение не более 300 вольт (кроме используемых исключительно для питания систем уличного освещения или используемых исключительно для питания сигнальных цепей и цепей движения) должны быть эффективно заземленный. Для группированных трансформаторов не требуется, чтобы каждая обмотка трансформатора заземлены, однако по крайней мере одна обмотка должна быть эффективно заземлена. Если обмотки трансформатора заземлены, они должны быть надежно заземлены. Где вторичная система заземлена в любой точке, заземляющий проводник должен быть бегом к каждому сервису.

 

(2)    Местоположение Заземления обмотки трансформатора: Соединения заземления трансформатора должны быть предоставляется по одному из следующих адресов:

 

На опоре трансформатора или

 

На столбе, примыкающем к столбу трансформатора.

 

Заземляющие соединения трансформатора, отличные от тех, которые общие первичные и вторичные системы с заземленной нейтралью должны иметь емкость не менее, чем у медного провода № 6 AWG.

 

Там, где используется общая первичная и вторичная заземленная нейтраль. используемые соединения заземления должны соответствовать требованиям правила 59.4А.

 

(3)    Трансформатор Заземление или соединение корпуса: (см. Правило 54.4G относительно зазоров между заземленным оборудованием)

Трансформаторы не должны опираться на металлические опоры или металл. опоры, соприкасающиеся с землей, за исключением случаев, когда корпуса надежно прикреплены к металлические опоры или части конструкций, соприкасающиеся с землей, и такие опоры или конструкции надежно заземлены. Трансформаторы установлены на металле монтажные кронштейны не должны выступать за вертикальную плоскость через центральная линия столба.

При соединении корпусов трансформаторов система соединения корпусов должна не быть электрически соединенным с каким-либо несвязанным оборудованием или с другими соединениями.

 

B.    Соединения между обмотками

Любое металлическое соединение между первичными и вторичные обмотки распределительного трансформатора (как в общей нейтрали систем) должны быть выполнены снаружи, а не внутри трансформатора. кейс.

 

Окончательная версия

Правило 58.2

 

58.2    Трансформаторы

 

A.    Заземление или соединение

 

(1)    Заземление Обмотки Обмотки трансформаторов, обеспечивающие рабочее напряжение не более 300 вольт. (кроме используемых исключительно для питания систем уличного освещения или используемых исключительно для питания сигнальных цепей и цепей движения) должны быть эффективно заземленный. Для группированных трансформаторов не требуется, чтобы каждая обмотка трансформатора заземлены, однако по крайней мере одна обмотка должна быть эффективно заземлена. Где вторичная система заземлена в любой точке, заземляющий проводник должен быть бегом к каждому сервису.

 

(2)    Местоположение Заземления обмотки трансформатора: Соединения заземления трансформатора должны быть предоставляется по одному из следующих адресов:

 

На опоре трансформатора или

 

На столбе, примыкающем к столбу трансформатора.

 

Заземляющие соединения трансформатора, отличные от тех, которые общие первичные и вторичные системы с заземленной нейтралью должны иметь емкость не менее, чем у медного провода № 6 AWG.

 

Там, где используется общая первичная и вторичная заземленная нейтраль. используемые соединения заземления должны соответствовать требованиям Правила 59.4А.

 

(3)    Трансформатор Заземление или соединение корпуса: (см.