Виды заземления нейтрали трансформаторов: особенности и применение

Какие существуют основные виды заземления нейтрали трансформаторов. Чем они отличаются. В каких случаях применяется каждый вид заземления нейтрали. Каковы преимущества и недостатки различных режимов работы нейтрали трансформатора.

Основные виды заземления нейтрали трансформаторов

Существует несколько основных видов заземления нейтрали трансформаторов:

• Изолированная нейтраль
• Глухозаземленная нейтраль
• Компенсированная нейтраль
• Резистивное заземление нейтрали
• Комбинированное заземление нейтрали

Каждый из этих видов имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Выбор способа заземления нейтрали зависит от параметров сети и требований к ее работе.

Изолированная нейтраль трансформатора

При изолированной нейтрали трансформатора отсутствует непосредственная связь нейтральной точки с землей. Этот режим обладает следующими характеристиками:

• Малые токи замыкания на землю
• Возможность работы сети при однофазном замыкании на землю
• Повышенные перенапряжения при замыканиях на землю
• Сложность обнаружения места повреждения

Изолированная нейтраль применяется в сетях 3-35 кВ небольшой протяженности. Какие преимущества дает изолированная нейтраль трансформатора? Основное преимущество — возможность не отключать сеть при однофазном замыкании на землю.

Глухозаземленная нейтраль трансформатора

При глухом заземлении нейтраль трансформатора напрямую соединяется с заземляющим устройством. Особенности данного режима:

• Большие токи однофазного короткого замыкания
• Эффективная работа релейной защиты
• Отсутствие перенапряжений при замыканиях на землю
• Необходимость быстрого отключения поврежденного участка

Глухое заземление нейтрали применяется в сетях 110 кВ и выше. В чем заключается основное назначение глухого заземления нейтрали? Оно обеспечивает эффективную работу релейной защиты и ограничение перенапряжений.

Компенсированная нейтраль трансформатора

При компенсированной нейтрали к нейтральной точке трансформатора подключается дугогасящий реактор. Характерные особенности:

• Компенсация емкостных токов замыкания на землю
• Возможность длительной работы сети при замыкании на землю
• Самогашение дуги при неустойчивых замыканиях
• Сложность настройки компенсации

Компенсированная нейтраль используется в разветвленных кабельных сетях 6-35 кВ. Какую основную задачу решает компенсированная нейтраль трансформатора? Она позволяет снизить токи замыкания на землю до безопасных значений.

Резистивное заземление нейтрали трансформатора

При резистивном заземлении в нейтраль трансформатора включается активное сопротивление. Режим характеризуется следующим:

• Ограничение тока замыкания на землю
• Снижение перенапряжений
• Улучшение условий гашения дуги
• Возможность селективной защиты от замыканий на землю

Резистивное заземление применяется в сетях 6-35 кВ. В чем заключается основное преимущество резистивного заземления нейтрали? Оно позволяет ограничить ток замыкания на землю и снизить перенапряжения.

Комбинированное заземление нейтрали трансформатора

Комбинированное заземление предполагает использование нескольких способов заземления нейтрали. Наиболее распространенные варианты:

• Параллельное включение дугогасящего реактора и резистора
• Последовательное включение реактора и резистора
• Комбинация изолированной и компенсированной нейтрали

Комбинированное заземление позволяет использовать преимущества разных режимов работы нейтрали. Какую основную цель преследует комбинированное заземление нейтрали? Оно обеспечивает оптимальные условия работы сети в нормальном и аварийном режимах.

Выбор способа заземления нейтрали трансформатора

При выборе режима работы нейтрали трансформатора учитываются следующие факторы:

• Класс напряжения сети
• Конфигурация и протяженность сети
• Требования к надежности электроснабжения
• Условия безопасности
• Экономические показатели

Правильный выбор способа заземления нейтрали позволяет обеспечить надежную и безопасную работу электрической сети. Какой режим заземления нейтрали является оптимальным? Универсального решения нет — выбор делается индивидуально для каждой сети.

Влияние режима заземления нейтрали на работу электрической сети

Режим заземления нейтрали трансформатора оказывает существенное влияние на различные аспекты работы электрической сети:

• Уровень изоляции оборудования
• Токи короткого замыкания
• Перенапряжения в сети
• Условия работы релейной защиты
• Электробезопасность

Правильный выбор режима заземления нейтрали позволяет оптимизировать параметры сети. Как режим заземления нейтрали влияет на токи короткого замыкания? При глухозаземленной нейтрали токи КЗ максимальны, при изолированной — минимальны.

Особенности эксплуатации сетей с разными видами заземления нейтрали

Эксплуатация электрических сетей с различными режимами заземления нейтрали имеет свои особенности:

• Изолированная нейтраль требует контроля изоляции
• Компенсированная нейтраль нуждается в настройке дугогасящих реакторов
• Резистивное заземление предполагает периодический контроль сопротивления
• Глухое заземление требует быстрого отключения КЗ

Учет особенностей эксплуатации позволяет обеспечить надежную работу сети. Какие основные требования предъявляются к эксплуатации сетей с изолированной нейтралью? Необходим постоянный контроль состояния изоляции и быстрый поиск мест повреждения.

Режимы работы нейтрали трансформатора: разновидности, достоинства и недостатки

Пример HTML-страницы

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

1. изолированная;
2. компенсированная;
3. высокоомное резистивное заземление;
4. низкоомное резистивное заземление;
5. эффективное заземление нейтрали.

Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.

Содержание

1. Изолированная нейтраль
2. Режимы работы нейтрали по уровню напряжения
3. Компенсированная нейтраль
4. Высокоомное резистивное заземление нейтрали
5. Низкоомное заземление нейтрали
6. Эффективно заземленная нейтраль

Изолированная нейтраль

Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.

Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.

 Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.

При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.

При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.

Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.

 Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.

Компенсированная нейтраль

Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.

Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.

Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.

Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.

Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:

Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.

Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. Есть два случая высокоомного заземления:

1. Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
2. Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты.

Эффективно заземленная нейтраль

Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.

Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.

А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.

Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.

Заземление нейтрали трансформатора: режимы, виды, назначение

Земля имеет постоянное нейтральное электронапряжение, чего нельзя сказать о нейтрали трансформатора. В случае несовпадения значений происходит нарушение симметрии, которое может привести к самым разным последствиям. 

Заземление нейтрали трансформатора нужно для повышения чувствительности, а следовательно и защиты от однофазных замыканий.

Рассмотрим подробнее, какое назначение заземления нейтрали трансформатора, а также какие виды заземления нейтрали трансформаторов используются.  

Режимы заземления нейтрали трансформатора

Системы энергосети от 110 кВ и выше устанавливается и используется исключительно заземлением нейтральней обмоток силовых трансформаторов. Электросеть до 35 кВ используется с изолированной нейтралью или заземлением через гасящие друг друга реакторы.

У каждого из видов заземления есть как преимущество, так и недостатки. Сети, которые изолированы нейтралью вызывают короткое замыкание в случае замыкания в самой фазе. На участке замыкания проходит незначительный ток (в небольшом количестве). Ёмкостных токи в большом количестве, во многих случаях, компенсируют частично или полностью подключением нейтрали трансформатора дугогасящего реактора.

В сетях с высоким показателем электроэнергии следует устанавливать заземляющие устройства нейтралей трансформаторов следующих видов:  

• Изолированная нейтраль считается одним из самых распространённых способов защемления нейтрали, который применяется в сетях выше 5 кВ и вплоть до 35 кВ. На данный момент он значительно потерял свою актуальность. На его место ставят другие виды.

Его преимуществом является наличие однофазных токов замыкания на землю. Благодаря этому возможно найти и устранить повреждения в сети.

• Компенсионная нейтраль — служит дополнительной установкой для снижения больших токов. Сама установка включает в себя силовой трансформатор, соединение «звезда» и вывод нейтрали.  
• Высокоомное резистивное заземление — данному режиму заземления нейтрали уделяют достаточно мало внимания, но зря. Польза от него немалая. Применяют высокоомное резистивное заземление в следующих случаях: 

1. Когда требуется установить резистор в нейтрали трансформатора, подобно другому гасящему реактору.
2. В случае, когда используется обмотка, которая соединена в треугольник не объединёнными между собой частями.

Высокоомное заземление используется для того чтобы сеть работала дольше. 

Однако, в данном случае сеть с изолированной нейтралью остаётся в преимуществе.  

• Низкоомное резистивное заземление — способствует уменьшению сопротивления резистора. Это необходимо для того, чтобы обезопасить и уменьшить его сопротивление. Таким образом низкоомное резистивное заземление значительно уменьшает напряжение и увеличивает уровень безопасности. 
• Эффективное заземление нейтрали — схемы данного вида используют для заземления нейтралей трансформаторов от 110 кВ. Основной его целью является — получить большое количество токов для отключения релейной залиты и облегчениям фиксации. Этот способ является самым затратным, требует немало вложений. 

Все вышеперечисленные виды возможно использовать вместе, сразу по несколько.

Зачем заземлять нейтраль трансформатора

Для чего заземляют нейтраль трансформатора? Обусловлено это следующими причинами:  

1. Выполнение требований техники безопасности, а также охраны труда. 
2. За счёт допустимых токов замыкания. 
3. Во избежание случаев перенапряжения или замыканий.  
4. Обеспечение защиты релейной защиты. 

Во время замыкания в одной фазе на землю, симметрия электросистемы подвергается нарушению, вследствие чего проявляется следующие признаки:

• меняется показатель напряжения фаз относительно земли;
• появляются токи замыкания и перенапряжение сети. 

В зависимости от режима нейтрали совершает подбор электроприёмников, схемы решение системы электроснабжения, подбирают соответствующие параметры необходимого оборудования.

Трансформатор с заземленной нейтралью (схема)

Сегодня встретить изолированную нейтраль в быту практически невозможно. При выполнении ремонтных работ в квартирах и частных домах они встречаются в случаях установки сети 380В. 

Где же используют изолированную нейтраль? Примером выступают электроустановки с напряжением до 1000 В, которые образуют систему IT.

В случаях не соединения нейтрали трансформатора с землёй, опасной разности потенциалов между землёй и фазными проводами не возникает. При этом касание провода под напряжением считается безопасным.

Изолированная нейтральная сеть не имеет ярко выраженных фазы и нуля, так как оба проводника являются равноправными.

Повторное заземление нейтрали трансформатора

Повторное заземление необходимо проводить в тех случаях, когда необходимо снизить значение напряжения между касанием открытых проводящих ток корпусах, выполненных из металлических материалов. Ведь в данном случае появляется высокая вероятность замыкания фазы. 

Помимо этого, повторное заземление способно исключить возможность заноса опасного для электросети потенциала. 

Таким образом, на этапе ввода, в случае замыкания ток будет протекать не только по PEN-проводнику, но и по заземляющему устройству. Это снизить уровень повреждений в самой сети и увеличит напряжение нейтрали.  

В случае отсутствия повторного заземления высока вероятность критического повреждения системы электрооборудования. При выполнении работ необходима наглядная схема заземления.

Что такое заземление нейтрали? — Определение, типы и преимущества

23 ноября 2021 г.

Заземление нейтрали представляет собой не что иное, как соединение нейтрали системы питания, вращающейся машины или трансформатора с землей напрямую или через некоторые элементы цепи. Трехфазная система может работать двумя способами: это система с незаземленной или изолированной нейтралью и система с заземленной или заземленной нейтралью (т. Е. Заземление нейтрали).

Незаземленная или изолированная нейтральная система:

В этой системе нет связи между нейтралью системы и землей, т. е. нейтраль изолирована от земли, как показано ниже. В действительности существует емкостная связь между проводниками и между каждым проводником и землей.

Однако с этой системой связаны технические и эксплуатационные проблемы. Ниже приведены недостатки системы с незаземленной нейтралью,

• При замыкании на землю одной линии напряжение относительно земли здоровых фаз становится равным полному значению линии. Это может привести к пробою изоляции и даже к серьезным межфазным замыканиям.
• Присутствует неисправность из-за замыкания на землю.
• Всплеск напряжения из-за удара молнии не может найти путь к земле для разряда, что приводит к повреждению оборудования в энергосистеме.
• Трудно обнаружить замыкание на землю в системах с незаземленной нейтралью. Таким образом, релейная защита от замыканий на землю усложняется.

Из-за вышеуказанных недостатков незаземленные системы обычно не используются, и эти проблемы можно решить с помощью системы с заземленной нейтралью.

Заземление нейтрали или система с заземленной нейтралью:

Необходимость заземления нейтрали:

В настоящее время наблюдается тенденция к эффективному заземлению систем, поскольку в случае крупных городов и промышленных районов непрерывность питания настолько важна, что линии или двунаправленные подачи являются обязательными. Мгновенное отключение линии в таких системах не повлияет на непрерывность питания, поскольку доступны дополнительные цепи.

Для этого к этим линиям может быть привязано крупногабаритное оборудование. Следовательно, затраты на грозозащитные разрядники и затраты на изоляцию трансформаторов и другого оборудования должны быть минимальными.

Это можно сделать только с помощью эффективного заземления, поскольку по сравнению с другими типами систем с заземлением системы с эффективным заземлением менее затратны для всех рабочих напряжений, так как напряжение здоровых фаз при замыкании линии на землю не превышает 80 % линейное напряжение, тогда как в случае других заземлений напряжение здоровых фаз возрастает примерно до 100% линейного напряжения.

Таким образом, для обеспечения надежности и эффективной защиты современные электрические цепи эффективно заземляются. В системе с заземленной нейтралью или заземлением нейтрали нейтраль системы подключается к земле или земле, как показано на рисунке ниже.

Преимущества заземления нейтрали :

Ниже перечислены преимущества заземления нейтрали,

• Нейтральная точка эффективно удерживается в нейтральном положении, т. е. нейтральная точка стабильна при любых условиях.
• Поскольку нейтральная точка не смещена, напряжение здоровых фаз относительно земли остается на нормальном уровне, в отличие от незаземленной системы, где напряжения здоровых фаз при замыкании на землю увеличиваются в √3 раза от нормального значения.
• В системе с заземлением нейтрали исключены скачки напряжения, вызванные дуговым разрядом заземления, благодаря чему срок службы изоляции в этой системе продлевается. Следовательно, техническое обслуживание, ремонт и поломки сокращаются. Кроме того, улучшается непрерывность поставок.
• Перенапряжения из-за статических зарядов и грозовых перенапряжений немедленно отводятся на землю, не вызывая помех.
• Ток замыкания на землю, протекающий через цепь заземления нейтрали, почти равен и противоположен емкостным токам линии на землю здоровых фаз. Таким образом, замыкания на землю гасятся, а выбросы перенапряжения из-за замыканий на землю предотвращаются.
• При заземлении нейтрали доступный ток замыкания на землю достаточен для срабатывания реле замыкания на землю. Это упрощает работу реле замыкания на землю в системе с заземлением нейтрали.
• Защитное устройство селективного типа может быть установлено в системе с заземлением нейтрали.
• Ток замыкания на землю можно контролировать, используя сопротивление или реактивное сопротивление в цепи заземления нейтрали.
• Благодаря ограничению дугообразования повышается надежность работы, а также предотвращается ненужное срабатывание автоматических выключателей.
• В системах с заземлением нейтрали безопасность персонала и оборудования повышается благодаря срабатыванию предохранителей или реле при замыканиях на землю и ограничению напряжений.
• Увеличение срока службы оборудования, машин и установок достигается за счет ограничения напряжения. Отсюда и общая экономия.

Что такое трансформатор (и как он работает…

Пожалуйста, включите JavaScript

Что такое трансформатор (и как он работает)? | Electrical4U

Типы заземления нейтрали :

Различные методы заземления нейтраль системы,

• Твердое заземление — В этом методе нейтраль напрямую соединена с землей через провод с пренебрежимо малым сопротивлением и реактивным сопротивлением. 0015
• Заземление по сопротивлению. В этом методе между цепью, соединяющей нейтраль и землю, вставляется резистор, чтобы ограничить ток замыкания на землю до более безопасного значения.
• Дугогасящая катушка (катушка Петерсона) Заземление. В этом методе используется реактор с железным сердечником, подключенный между нейтральной точкой и землей.
• Реактивное заземление. В этом методе нейтральный провод подключается к земле через реактивное сопротивление.
• Заземление трансформатора напряжения. Здесь первичная обмотка трансформатора напряжения подключается между нейтралью и землей, а вторичная обмотка подключается к реле через низкоомный резистор.
• Заземляющие трансформаторы (зигзагообразный трансформатор) — В этом типе используется трехфазный сухой автотрансформатор с воздушным охлаждением без вторичной обмотки.

Практика заземления нейтрали:

Существует несколько уровней напряжения между уровнем напряжения генератора и уровнем напряжения распределения системы. Каждый уровень напряжения имеет одну нейтральную землю, как показано на рисунке ниже.

Заземление также предусмотрено для каждой из основных секций шины в энергосистеме. Заземление не предусмотрено на стороне нагрузки, но предусмотрено на стороне источника питания.

При заземлении нейтрали генератора нейтраль генератора заземляется в зависимости от типа подключения генератора. Если несколько генераторов работают параллельно, то нейтраль любого из генераторов заземляется. Тогда как в случае единичной системы подключения генератора нейтраль генератора каждого агрегата заземлена. В случае заземления нейтрали главного генератора заземление обеспечивается через резистор, дроссель или трансформатор напряжения.

В целях защиты при заземлении нейтрали силового трансформатора нейтраль звезды обычно заземляется. Кроме того, сторона ТТ и ТН, соединенная звездой, заземлена, чтобы можно было выполнить надлежащее измерение напряжения, тока, кВтч и кВА. Это также обеспечивает устойчивость на нейтрали.

Типы заземления нейтрали при распределении электроэнергии

← Заземление оболочки кабеля сверхвысокого и высокого напряжения

Анализ правды о бытовых энергосберегающих устройствах →

21 января 2012 г. 41 комментарий

Типы заземления нейтрали в электрораспределении:

Введение:

• В ранних энергосистемах в основном была незаземленная нейтраль из-за того, что первое замыкание на землю не требовало отключения системы. Внеплановое отключение при первом замыкании на землю было особенно нежелательно для непрерывных технологических процессов. Этим энергосистемам требовались системы обнаружения заземления, но локализация неисправности часто оказывалась сложной задачей. Несмотря на достижение первоначальной цели, незаземленная система не обеспечивала контроля переходных перенапряжений.
• В типичной распределительной системе между проводниками системы и землей существует емкостная связь. В результате эта последовательная резонансная LC-цепь может создавать перенапряжения, значительно превышающие междуфазное напряжение, при повторяющихся повторных замыканиях одной фазы на землю. Это, в свою очередь, снижает срок службы изоляции, что может привести к отказу оборудования.
• Системы заземления нейтрали аналогичны предохранителям в том смысле, что они ничего не делают, пока что-то в системе не выйдет из строя. Затем, подобно предохранителям, они защищают персонал и оборудование от повреждений. Ущерб возникает из-за двух факторов: как долго длится неисправность и насколько велик ток короткого замыкания. Реле заземления отключают выключатели и ограничивают продолжительность неисправности, а резисторы заземления нейтрали ограничивают величину тока короткого замыкания.

 

Важность заземления нейтрали:

• Существует множество вариантов заземления нейтрали для энергосистем низкого и среднего напряжения. Нейтральные точки трансформаторов, генераторов и вращающихся механизмов по отношению к сети заземления обеспечивают контрольную точку нулевого напряжения.
  Эта защитная мера предлагает много преимуществ по сравнению с незаземленной системой, такой как
.

1. Уменьшенная величина переходных перенапряжений
2. Упрощенное определение места замыкания на землю
3. Улучшенная защита системы и оборудования от сбоев
4. Сокращение времени и затрат на техническое обслуживание
5. Повышенная безопасность для персонала
6. Улучшенная молниезащита
7. Снижение частоты отказов.

Метод заземления нейтрали:

• Существует пять методов заземления нейтрали.

1. Раскопанная нейтральная система
2. Система с твердой нейтралью и заземлением.
3. Система заземления нейтрали с сопротивлением. Резонансная система заземления нейтрали.
   1. Заземление с низким сопротивлением.
   2. Заземление с высоким сопротивлением.
4. Система резонансного заземления.
5. Заземление трансформатора заземления.

 

(1) Системы с незаземленной нейтралью:

•  В незаземленной системе отсутствует внутреннее соединение между проводниками и землей. Однако в системе существует емкостная связь между проводниками системы и прилегающими заземленными поверхностями. Следовательно, «незаземленная система» на самом деле является «емкостно-заземленной системой» благодаря распределенной емкости.
• При нормальных условиях эксплуатации эта распределенная емкость не вызывает проблем. На самом деле это выгодно, потому что фактически устанавливает нейтральную точку для системы; В результате фазные проводники испытывают нагрузку только при фазном напряжении над землей.
• Но проблемы могут возникнуть в условиях замыкания на землю. Замыкание на землю на одной линии приводит к тому, что полное междуфазное напряжение появляется во всей системе. Таким образом, на всей изоляции в системе присутствует напряжение, в 1,73 раза превышающее нормальное напряжение.
  Эта ситуация часто может вызывать отказы старых двигателей и трансформаторов из-за пробоя изоляции.

•   Преимущество:

1. После первого замыкания на землю, при условии, что оно остается единичным, цепь может продолжать работать, позволяя продолжать производство до тех пор, пока не будет запланировано удобное отключение для проведения технического обслуживания.

• Недостатки:

1. Взаимодействие между неисправной системой и ее распределенной емкостью может привести к возникновению переходных перенапряжений (в несколько раз выше нормы) между линией и землей во время нормального переключения цепи с замыканием на землю (короткое замыкание). Эти перенапряжения могут вызвать нарушение изоляции в точках, отличных от первоначальной неисправности.
2. Вторая ошибка на другой фазе может произойти до того, как первая ошибка будет устранена. Это может привести к очень высоким токам между линиями, повреждению оборудования и нарушению обеих цепей.
3. Стоимость повреждения оборудования.
4. Усложнение поиска неисправностей, включающее утомительный процесс проб и ошибок: сначала изолируют правильный фидер, затем ответвление и, наконец, неисправное оборудование. Результатом являются излишне длительные и дорогостоящие простои.

 

(2) Системы с глухозаземленной нейтралью:

• Системы с глухозаземленной нейтралью обычно используются в устройствах с низким напряжением до 600 вольт.
• В системе с глухозаземленным заземлением нейтральная точка соединена с землей.
• Solidly Neutral Grounding немного уменьшает проблему переходных перенапряжений, встречающихся в незаземленной системе, а предусмотренный путь для тока замыкания на землю находится в диапазоне от 25 до 100 % тока трехфазного замыкания системы. Однако, если реактивное сопротивление генератора или трансформатора слишком велико, проблема переходных перенапряжений не будет решена.
• Несмотря на то, что системы с глухозаземленным заземлением лучше незаземленных систем и ускоряют поиск неисправностей, им не хватает токоограничивающей способности резистивного заземления и дополнительной защиты, которую оно обеспечивает.
• Для поддержания работоспособности и безопасности систем нейтраль трансформатора заземлена, а заземляющий проводник должен быть протянут от источника до самой дальней точки системы в пределах того же канала или кабелепровода. Его цель состоит в том, чтобы поддерживать очень низкий импеданс к замыканиям на землю, чтобы протекал относительно высокий ток замыкания, что гарантирует, что автоматические выключатели или предохранители быстро устранят неисправность и, следовательно, сведут к минимуму ущерб. Это также значительно снижает опасность поражения персоналом электрическим током

• Если система не имеет жесткого заземления, нейтральная точка системы будет «плавать» по отношению к земле в зависимости от нагрузки, подвергая нагрузку между фазой и нейтралью дисбалансу напряжения и нестабильности.
• Ток однофазного замыкания на землю в системе с глухозаземленным заземлением может превышать ток трехфазного замыкания. Величина тока зависит от места повреждения и сопротивления повреждения. Один из способов уменьшить ток замыкания на землю — оставить некоторые нейтрали трансформатора незаземленными.
• Преимущество:

1. Основным преимуществом глухозаземленных систем является низкое перенапряжение, что делает конструкцию заземления распространенной при высоких уровнях напряжения (ВН).

• Недостаток:

1. Эта система обладает всеми недостатками и опасностями высокого тока замыкания на землю: максимальный ущерб и помехи.
2. На неисправном фидере отсутствует непрерывность обслуживания.
3. Опасность для персонала высока во время неисправности, так как создаваемые напряжения прикосновения высоки.

• Применение:

1. Распределенный нейтральный проводник.
2. 3-фазное + нейтральное распределение.
3. Использование нейтрального проводника в качестве защитного проводника с систематическим заземлением на каждом полюсе передачи.
4. Используется при низкой мощности короткого замыкания источника.

(3) Системы с заземлением через сопротивление:

• Заземление через сопротивление уже много лет используется в трехфазных промышленных установках и решает многие проблемы, связанные с системами с глухозаземленным и незаземленным заземлением.
Системы заземления сопротивления
• ограничивают токи замыкания фазы на землю. Причины для ограничения тока замыкания фазы на землю с помощью сопротивления заземления:

1. Для уменьшения эффектов горения и плавления неисправного электрического оборудования, такого как распределительные устройства, трансформаторы, кабели и вращающиеся машины.
2. Для снижения механических напряжений в цепях/оборудовании с токами короткого замыкания.
3. Для снижения опасности поражения персонала электрическим током из-за случайного замыкания на землю.
4. Для уменьшения опасности взрыва дуги или вспышки.
5. Для уменьшения кратковременного провала сетевого напряжения.
6. Для одновременного контроля кратковременных перенапряжений.
7. Для улучшения обнаружения замыкания на землю в энергосистеме.

• Заземляющие резисторы обычно подключаются между землей и нейтралью трансформаторов, генераторов и заземляющих трансформаторов для ограничения максимального тока короткого замыкания в соответствии с законом Ома до значения, которое не повредит оборудование в энергосистеме и обеспечить достаточное протекание тока короткого замыкания для обнаружения и срабатывания реле защиты заземления для устранения неисправности. Хотя можно ограничить токи короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с высоким сопротивлением, токи короткого замыкания на землю можно значительно снизить. Вследствие этого устройства защиты могут не определить неисправность.
• Таким образом, это наиболее распространенное применение для ограничения токов однофазного замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с низким сопротивлением приблизительно до номинального тока трансформатора и/или генератора.
• Кроме того, ограничение токов короткого замыкания до заданных максимальных значений позволяет разработчику избирательно координировать работу защитных устройств, что сводит к минимуму нарушение работы системы и позволяет быстро определить место повреждения.
• Существует две категории сопротивления заземления:

(1) Заземление с низким сопротивлением.

(2) Высокоомное заземление.

• Ток замыкания на землю, протекающий через любой тип резистора при замыкании одной фазы на землю, увеличивает фазное напряжение двух оставшихся фаз. В результате Номинальные параметры изоляции проводников и разрядников для защиты от перенапряжений должны основываться на линейном напряжении . Это временное увеличение фазного напряжения также следует учитывать при выборе двух- и трехполюсных выключателей, устанавливаемых в низковольтных системах с заземлением через сопротивление.
• Увеличение фазного напряжения, связанное с токами замыкания на землю, также препятствует подключению нагрузки фаза-нейтраль непосредственно к системе. Если присутствуют нагрузки от линии к нейтрали (например, освещение 277 В), они должны обслуживаться системой с глухим заземлением. Это может быть достигнуто с помощью изолирующего трансформатора, который имеет трехфазную первичную обмотку треугольником и трехфазную четырехпроводную обмотку вторичной обмотки звездой 9.0015

• Ни одна из этих систем заземления (с низким или высоким сопротивлением) не снижает опасность дугового разряда, связанную с межфазными замыканиями, но обе системы значительно снижают или практически устраняют опасность дугового разряда, связанную с межфазными замыканиями. Оба типа систем заземления ограничивают механические нагрузки и уменьшают термические повреждения электрического оборудования, цепей и аппаратов, по которым течет ток КЗ.
• Разница между заземлением с низким сопротивлением и заземлением с высоким сопротивлением зависит от восприятия и поэтому четко не определена. В общем случае заземление с высоким сопротивлением относится к системе, в которой сквозной ток NGR составляет менее 50–100 А. Заземление с низким сопротивлением означает, что ток NGR будет выше 100 А.
• Лучшим различием между двумя уровнями может быть только тревога и отключение. Система только сигнализации продолжает работать с одним замыканием на землю в системе в течение неопределенного периода времени. В системе отключения замыкание на землю автоматически устраняется защитными реле и устройствами отключения цепи. Системы только сигнализации обычно ограничивают ток NGR до 10 А или менее.
• Номинал резистора заземления нейтрали:

1. 1.    Напряжение: Линейное напряжение системы, к которой он подключен.
2. 2.    Начальный ток: Начальный ток, который будет протекать через резистор при номинальном напряжении.
3. 3.    Время: «время включения», в течение которого резистор может работать без превышения допустимого повышения температуры.

(A). Заземление с низким сопротивлением:

• Заземление с низким сопротивлением используется в больших электрических системах, где требуются большие инвестиции в капитальное оборудование или длительный выход из строя оборудования имеет значительные экономические последствия, и обычно оно не используется в системах низкого напряжения из-за ограниченного тока замыкания на землю. слишком низкий для надежной работы расцепителей или предохранителей. Это затрудняет достижение селективности системы. Кроме того, заземленные системы с низким сопротивлением не подходят для 4-проводных нагрузок и, следовательно, не используются в коммерческих приложениях
• Резистор подключается от точки нейтрали системы к земле и обычно рассчитан на то, чтобы пропускать только 200 А до 1200 ампер тока замыкания на землю. Должен протекать достаточный ток, чтобы защитные устройства могли обнаружить неисправную цепь и отключить ее, но не настолько большой ток, чтобы вызвать серьезное повреждение в месте повреждения.

• Поскольку импеданс заземления имеет форму сопротивления, любые переходные перенапряжения быстро гасятся, и все явления переходных перенапряжений больше не применимы. Хотя теоретически возможно применение в системах с низким напряжением (например, 480 В), при значительном падении напряжения системы на заземляющем резисторе недостаточно напряжения на дуге, вызывающей протекание тока, для надежного обнаружения неисправности. По этой причине низкоомное заземление не применяется для слаботочных систем (до 1000 вольт междуфазное).
• Преимущества:

1. Ограничивает фазные токи на землю до 200–400 А.
2. Снижает ток дуги и, в некоторой степени, ограничивает опасность вспышки дуги, связанную только с условиями тока дуги фаза-земля.
3. Может ограничивать механические повреждения и тепловые повреждения короткозамкнутых обмоток трансформаторов и вращающихся машин.

• Недостатки:

1. Не препятствует работе устройств перегрузки по току.
2. Не требует системы обнаружения замыкания на землю.
3. Может использоваться в системах среднего и высокого напряжения.
4. Изоляция проводников и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на основе междуфазного напряжения. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через изолирующий трансформатор.

• Используемый: В системах среднего напряжения обычно используется до 400 ампер в течение 10 секунд.

(B). Заземление с высоким сопротивлением:

• Заземление с высоким сопротивлением почти идентично заземлению с низким сопротивлением, за исключением того, что величина тока замыкания на землю обычно ограничена 10 амперами или менее . Заземление с высоким сопротивлением выполняет две задачи.
• Во-первых, величина тока замыкания на землю достаточно мала, так что в точке замыкания не происходит заметного повреждения. Это означает, что неисправная цепь не должна отключаться в автономном режиме при первом возникновении неисправности. Это означает, что если неисправность действительно возникает, мы не знаем, где она находится. В этом отношении он работает так же, как незаземленная система.
• Во-вторых, он может управлять явлением переходного перенапряжения в незаземленных системах, если спроектирован правильно.
• В условиях замыкания на землю сопротивление должно преобладать над зарядной емкостью системы, но не до такой степени, чтобы допускать протекание чрезмерного тока и тем самым исключать непрерывную работу

• Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) ограничивают ток короткого замыкания, когда одна фаза системы замыкается или образует дугу на землю, но на более низких уровнях, чем системы с низким сопротивлением.
• В случае замыкания на землю HRG обычно ограничивает ток до 5–10 А.
• HRG рассчитаны на непрерывный ток, поэтому описание конкретного устройства не включает номинальную выдержку времени. В отличие от NGR, ток замыкания на землю, протекающий через HRG, обычно не имеет значительной величины, чтобы привести к срабатыванию устройства перегрузки по току. Поскольку ток замыкания на землю не прерывается, необходимо установить систему обнаружения замыкания на землю.
• Эти системы включают обходной контактор, подключенный к части резистора, который пульсирует (периодически открывается и закрывается). Когда контактор разомкнут, ток замыкания на землю протекает через весь резистор. Когда контактор замкнут, часть резистора шунтируется, что приводит к несколько более низкому сопротивлению и несколько более высокому току замыкания на землю.
• Во избежание переходных перенапряжений размер резистора HRG должен быть таким, чтобы величина тока замыкания на землю , которую блок пропускает, превышала зарядный ток электрической системы. Как правило, зарядный ток оценивается в 1 А на 2000 кВА мощности системы для низковольтных систем и 2 А на 2000 кВА мощности системы при 4,16 кВ.
• Эти расчетные зарядные токи увеличиваются, если присутствуют ограничители перенапряжения. Каждый набор подавителей, установленных в системе низкого напряжения, дает примерно 0,5 А дополнительного зарядного тока, а каждый набор подавителей, установленных в системе 4,16 кВ, добавляет 1,5 А дополнительного зарядного тока.
•  Расчетный зарядный ток системы мощностью 3000 кВА при напряжении 480 В будет составлять 1,5 А. Добавьте один комплект ограничителей перенапряжения, и общий зарядный ток увеличится на 0,5–2,0 А. В этой системе можно использовать стандартный резистор 5А. Большинство производителей резисторов публикуют подробные оценочные таблицы, которые можно использовать для более точной оценки зарядного тока электрической системы.
• Преимущества:

1. Позволяет обнаруживать повреждения с высоким импедансом в системах со слабой емкостной связью с землей
2. Некоторые замыкания фазы на землю устраняются автоматически.
3. Сопротивление нейтральной точки может быть выбрано для ограничения возможных переходных процессов перенапряжения до значения, в 2,5 раза превышающего максимальное напряжение основной частоты.
4. Ограничивает фазные токи на землю до 5–10 А.
5. Снижает ток дуги и практически устраняет опасность вспышки дуги, связанную только с условиями дугового разряда между фазой и землей.
6. Устраняет механические повреждения и может ограничивать тепловые повреждения короткозамкнутых обмоток трансформаторов и вращающихся машин.
7. Предотвращает работу устройств перегрузки по току до тех пор, пока неисправность не будет обнаружена (когда только одна фаза замыкается на землю).
8. Может использоваться в системах низкого или среднего напряжения до 5 кВ. Стандарт IEEE 141-1993 гласит, что «заземление с высоким сопротивлением должно быть ограничено системами класса 5 кВ или ниже с зарядным током около 5,5 А или меньше и не должно применяться в системах 15 кВ, если не используется надлежащее релейное заземление».
9. Изоляция проводников и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на основе междуфазного напряжения. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через изолирующий трансформатор.

• Недостатки:

1. Генерирует значительные токи замыкания на землю в сочетании с сильным или умеренным емкостным соединением с землей. Затраты.
2. Требуется система обнаружения замыкания на землю, чтобы уведомить инженера объекта о возникновении условия замыкания на землю.

(4) Резонансно-заземленная система:

• Добавление индуктивного сопротивления от нейтральной точки системы к земле — это простой способ ограничить имеющееся замыкание на землю от чего-то близкого к максимальной мощности трехфазного короткого замыкания (тысячи ампер) до относительно низкое значение (от 200 до 800 ампер).
• Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме реактор нейтрали может быть подключен между нейтралью трансформатора и системой заземления станции.
• Система, в которой хотя бы одна нейтраль соединена с землей через

1. Индуктивное реактивное сопротивление.
2. Катушка Петерсена / Дугогасящая катушка / Нейтрализатор замыкания на землю.

• Ток, генерируемый реактивным сопротивлением при замыкании на землю, приблизительно компенсирует емкостную составляющую тока однофазного замыкания на землю, называется резонансной системой заземления.
• Система практически никогда не настраивается точно, т. е. реактивный ток не точно равен емкостному току замыкания на землю системы.
• Система, в которой индуктивный ток немного превышает емкостной ток замыкания на землю, имеет чрезмерную компенсацию. Система, в которой индуцированный ток замыкания на землю немного меньше емкостного тока замыкания на землю, считается недокомпенсированным

• Однако опыт показал, что это индуктивное сопротивление по отношению к земле резонирует с шунтирующей емкостью системы по отношению к земле в условиях дугового замыкания на землю и создает очень высокие переходные перенапряжения в системе.
• Для контроля переходных перенапряжений конструкция должна позволять не менее 60% трехфазного тока короткого замыкания протекать в условиях подземного КЗ.
• Пример. Доступен заземляющий реактор на 6000 ампер для системы с мощностью 10000 ампер при трехфазном коротком замыкании. Из-за большой величины тока замыкания на землю, необходимого для контроля переходных перенапряжений, индуктивное заземление редко используется в промышленности.

• Катушки Петерсена:
• Катушка Петерсена подключается между нейтралью системы и землей и рассчитана таким образом, что емкостный ток при замыкании на землю компенсируется индуктивным током, пропускаемым катушкой Петерсена . Небольшой остаточный ток останется, но он настолько мал, что любая дуга между поврежденной фазой и землей не будет поддерживаться, и неисправность погаснет. Незначительные замыкания на землю, такие как поломка штыревого изолятора, могут быть устранены в системе без прерывания питания. Кратковременные неисправности не приведут к перебоям в подаче электроэнергии.
• Хотя стандартная «катушка Петерсона» не компенсирует весь ток замыкания на землю в сети из-за наличия резистивных потерь в линиях и катушке, теперь можно применить «компенсацию остаточного тока», вводя дополнительные 180° фазного тока в нейтраль через катушку Петерсона. Таким образом, ток короткого замыкания снижается практически до нуля. Такие системы известны как «Резонансное заземление с компенсацией нулевой последовательности» и могут рассматриваться как частный случай реактивного заземления.
• Резонансное заземление может снизить ЭПР до безопасного уровня. Это связано с тем, что катушка Петерсена часто может эффективно действовать как NER с высоким импедансом, что значительно снижает любые токи замыкания на землю и, следовательно, также любые соответствующие опасности ЭПР (например, напряжения прикосновения, шаговые напряжения и передаваемые напряжения, включая любые опасности ЭПР, воздействующие на близлежащие телекоммуникационные сети).
• Преимущества:

1. Небольшой реактивный ток замыкания на землю, не зависящий от емкости системы между фазой и землей.
2. Включает обнаружение неисправностей с высоким импедансом.

• Недостатки:

1. Риск обширных активных потерь от замыканий на землю.
2. Высокие затраты.

(5) Заземляющие трансформаторы:

• В случаях, когда нейтральная точка недоступна для заземления нейтрали (например, для обмотки треугольником), заземляющий трансформатор может использоваться для обеспечения обратного пути при однофазном замыкании. токи

• В таких случаях полного сопротивления заземляющего трансформатора может быть достаточно, чтобы действовать как эффективное полное сопротивление заземления. При необходимости последовательно можно добавить дополнительный импеданс. Специальный «зигзагообразный» трансформатор иногда используется для заземления обмоток треугольником, чтобы обеспечить низкий импеданс нулевой последовательности и высокий импеданс прямой и обратной последовательности для токов короткого замыкания.

Заключение:

• Системы заземления сопротивления имеют много преимуществ по сравнению с системами с глухим заземлением, включая снижение опасности дугового разряда, ограничение механических и тепловых повреждений, связанных с неисправностями, и контроль переходных перенапряжений.
• Системы заземления с высоким сопротивлением также могут использоваться для поддержания непрерывности работы и помощи в обнаружении источника неисправности.
• При проектировании системы с резисторами инженер-конструктор/консультант должен учитывать конкретные требования к номинальным характеристикам изоляции проводников, номинальным характеристикам разрядников, номинальным характеристикам однополюсного выключателя и способу обслуживания нагрузок фаза-нейтраль.

Сравнение систем заземления нейтрали:

Состояние	Незаземленный	С твердым заземлением	Низкое сопротивление с заземлением	Высокоомное заземление	Реактивное заземление
Устойчивость к переходным перенапряжениям	Хуже	Хорошо	Хорошо	Лучший	Лучший
Увеличение напряжения на 73 % при замыкании на землю	Бедный	Лучший	Хорошо	Бедный
Защищенное оборудование	Хуже	Бедный	Лучше	Лучший	Лучший
Безопасность персонала	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучший	Лучший
Надежность обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучший	Лучший
Стоимость обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучший	Лучший
Простота обнаружения первого замыкания на землю	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучший	Лучший
Позволяет разработчику координировать защитные устройства	Невозможно	Хорошо	Лучше	Лучший	Лучший
Снижение частоты отказов	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучший	Лучший
Осветительный разрядник	Тип незаземленной нейтрали	Заземленная нейтраль	Тип незаземленной нейтрали	Тип незаземленной нейтрали	Тип незаземленной нейтрали
Ток замыкания фазы на землю в процентах от тока трехфазного замыкания	Менее 1%	Варьируется, может быть 100% или больше	от 5 до 20%	Менее 1%	от 5 до 25%

Ссылка:

• Майкл Д. Сил, ЧП, старший инженер по спецификациям GE.
• Стандарт IEEE 141-1993, «Рекомендуемая практика распределения электроэнергии на промышленных предприятиях»
• Дон Селкирк, П.Инг, Саскатун, Саскачеван Канада

Нравится:

Нравится Загрузка…

Рубрика: Без рубрики

О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Jignesh Parmar закончил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электрических проектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-выполнение). В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Electrical Mirror», «Electrical India», «Lighting India», «Smart Energy», «Industrial Electrix» (Australian Power Publications).