Заземления и режимы нейтралей в схемах станции и подстанций

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

В электроустановках различают два типа заземления: рабочее и защитное.

Защитным заземлением называется заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должны быть применены, среди прочих мер, следующие защитные меры: защитное заземление и зануление. Защитное заземление применяется в установках всех напряжений, а зануление применяется в установках до 1 кВ.

Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока.

При применении защитного заземления или зануления тело человека случайно прикоснувшегося к части, на которой появилось напряжение из-за пробоя изоляции, будет шунтироваться заземляющим проводником.

Части, подлежащие занулению или заземлению

К частям, подлежащим занулению или заземлению относятся части оборудования не находящиеся под напряжением в нормальных режимах, на которых может появиться напряжение при нарушении изоляции:

· корпуса электрических машин (генераторы, двигатели), трансформаторов, аппаратов (выключатели,разъединители трансформаторы тока и напряжения и т.д.), светильников и т. п.

· приводы электрических аппаратов;

· вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения;

· каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;

· металлические конструкции распределительных устройств а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;

Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки.

С рабочим заземлением связано такое понятие как режим нейтралей энергообъектов и сетей.

Нейтралью называется общая точка соединенных в звезду обмоток генератора или трансформатора. Многие важные технические и экономические показатели электрических сетей зависят от режима их нейтралей. Под термином "сеть" следует понимать совокупность электрически связанных линий одной ступени номинального напряжения и присоединенных к ним генераторов и обмоток трансформаторов той же ступени напряжения.

Под режимом нейтрали следует понимать: соединена ли нейтраль с землей или нет, а если соединена, то посредством какого сопротивления (активного или индуктивного) выполнено это соединение и какова величина этого сопротивления. Реализация одного из перечисленных вариантов приводит к тому или иному режиму нейтрали.

Режим нейтрали влияет :

- на стоимость изоляции линий, оборудования и заземляющих устройств;

- на возможность развития повреждений и износ оборудования сети при однофазных замыканиях на землю;

- на надежность электроснабжения потребителей;

- на возможность возникновения в сети опасных феррорезонансных и резонансных процессов;

- на условия безопасности обслуживания электроустановок;

- на выполнение и функционирование устройств защиты от замыканий на землю.

В нормальных нагрузочных симметричных режимах режимы нейтралей не проявляют себя, и сеть ведет себя не зависимо от режима нейтрали.

Наиболее существенная разница между сетями с различными режимами нейтралей проявляется при однофазном замыкании на землю, поэтому именно при этом аварийном режиме и сравнивают разные режимы нейтрали.

В нашей стране в настоящее время сети 6, 10, 35 кВ при небольших емкостных токах замыкания на землю работают с режимом полностью изолированной нейтрали, а при превышении определенных значений этих токов – с режимом заземления нейтрали через относительно большое индуктивное сопротивление. Это сопротивление в этом случае называется дугогасящим реактором (ДГР), а сеть называется сетью с компенсированной нейтралью. Новые Правила устройств электроустановок (ПУЭ) допускают также использование нового в нашей стране режима заземления нейтрали через резистор.

В сетях 110 кВ и выше применяется эффективное заземление нейтрали, когда нейтрали силовых трансформаторов заземляются через небольшое активное или небольшое индуктивное сопротивление, но чаще всего в этих сетях нейтрали соединяют с землей без промежуточных элементов.

Критерием эффективности заземления нейтралей сети является величина коэффициента замыкания (заземления) К₃ . Под коэффициентом замыкания понимается наибольшее отношение напряжения неповрежденной фазы относительно земли в установившемся режиме однофазного замыкания на землю к фазному напряжению в нормальном режиме сети.

(4.1)

Следует отметить, что, в общем, чем больше величина активного или индуктивного сопротивления в цепи нейтрали, тем меньше установившийся ток и больше напряжение на неповрежденных фазах при установившемся замыкании фазы на землю и наоборот.

Напряжения фаз сети относительно земли при замыкании на землю определяются соотношениями (без учета падения напряжения в проводниках):

(4.2)

Здесь Е_а, Е_ь, Е_с – напряжения источника (например, питающего трансформатора), U_N – напряжение нейтрали относительно земли.

Для вычисления напряжения нейтрали воспользуемся известной из ТОЭ формулой:

(4.3)

В нашем случае Y_a, Y_ь, Y_с – емкостные проводимости фаз сети относительно земли (Y = jwc , c - емкость фазы сети относительно земли), а Y_N – проводимость в цепи нейтрали.

Рассмотрим особенности режимов нейтралей на примере простейшей трехфазной симметричной сети без нагрузки, состоящей из питающего трансформатора и линии. Каждая фаза линии обладает емкостью c по отношению к земле.