Режим нейтрали электрических сетей

Электрические сети 380/220 В выполняются четырехпроводными, так как большая часть ЭП (все бытовые приборы, включая электрическое освещение) - однофазные и включаются между фазным и нулевым проводниками. Поэтому в режиме однофазного короткого замыкания (на землю) при изолированном от земли нейтральном проводе человек, коснувшийся проводника одной из неповрежденных фаз, попал бы под междуфазное напряжение 380 В, которое больше условно принятого допустимым 250 В. В связи с указанным данные сети осуществляются с глухим заземлением нейтрали трансформаторов на стороне 380/220 В (в ТП 6-10/0,38 кВ). Это мероприятие исключает в описанном выше режиме попадание человека под напряжение более фазного 220 В. При таком решении образуются значительные токи однофазных замыканий на землю, что обеспечивает быстродействующее отключение проводника поврежденной фазы перегоранием плавкой вставки предохранителя или автоматическим выключателем (АВ), имеющимся на распределительном щите 380/220 В ТП и включенным в цепи отходящих линий.

Следует иметь в виду, что электрические сети 660/380 В часто выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются только крупные трехфазные ЭП (двигатели, термические установки).

Электрические сети 6-10 кВ выполняются трехпроводными, так как к ним подключаются в основном трехфазные трансформаторы данных напряжений (ТП 6-10/0,38 кВ), а также весьма крупные трехфазные двигатели. Фазные проводники данных сетей, особенно при кабельном исполнении, обладают значительной емкостью по отношению к земле. Последнее приводит к тому, что при коротком замыкании одной из фаз на землю образуются контуры протекания токов короткого замыкания через индуктивности обмоток трансформаторов и линий, а так же через емкостные проводимости всех фаз и землю (рис. 1.6). Значения этих токов могут достигать десятков ампер и быть опасными для нагрева изоляции токоведущих проводников. Помимо этого при последовательно «включенных» индуктивностях и емкостях в рассматриваемом контуре протекания тока может образовываться резонанс напряжений с последующими пробоями изоляции в иных точках данной сети. Считается необходимым ограничивать токи данных замыканий значениями 30 А при номинальном напряжении 6 кВ, 25 А - при 10 кВ, 20 А - при 20 кВ и 15 А - при 35 кВ. Ограничение токов однофазных замыканий достигается включением в нейтраль сети 6-10 кВ дугогасящего реактора ДР, индуктивность которого равна или несколько больше емкости фаз сети, подключенной к шинам указанных напряжений ИП. На рис. 1.6 представлена принципиальная схема включения такого реактора.

Рис 1.6. Однофазное короткое замыкание на землю в сети 6-10 кВ с компенсированной нейтралью:

а - протекание тока однофазного замыкания; б - принципиальная схема включения дугогасящего реактора; Х_ф,л, Х_тр - соответственно реактивные сопротивления фазы линии и трансформатора 6-10/0,38 кВ; L_ДР - индуктивность дугогасящего реактора ДР; С_ф.л - емкость фазы линии; I_к⁽¹⁾ - ток замыкания на землю; ТТ₀ - трансформатор тока нулевой последовательности; Т - токовое реле, сигнализирующее о наличии замыкания на землю; А - амперметр

В зависимости от схемы и от конкретных условий эксплуатации допускается кратковременная работа сети (2-4 ч) при токах однофазных замыканий на землю, меньших указанных выше. При петлевых схемах сетей 6-10 кВ это время может быть использовано для оперативной работы с целью уменьшения времени перерыва электроснабжения ПЭ.

Классификация режимов ЭЭС

Электроэнергетическая система состоит из элементов, которые можно разделить на три группы:

основные (силовые) элементы - генерирующие агрегаты электростанций, преобразующие энергию воды или пара в электроэнергию; трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямительные установки, преобразующие значения и вид тока и напряжения; линии электропередач (ЛЭП), передающие электроэнергию на расстояние; коммутирующая аппаратура (выключатели, разъединители), предназначенные для изменения схемы ЭЭС и отключения поврежденных элементов;

измерительные элементы - трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для подключения измерительных приборов, средств управления и регулирования;

средства управления - релейная защита, регуляторы, автоматика, телемеханика, связь, обеспечивающие оперативное и автоматическое управление схемой и работой ЭЭС.

Состояние ЭЭС на заданный момент или отрезок времени называется режимом. Режим определяется составом включенных основных элементов ЭЭС и их загрузкой. Значения напряжений, мощностей и токов элементов, а также частоты, определяющие процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, называются параметрами режима.

Если параметры режима неизменны во времени, то режим ЭЭС называется установившимся, если изменяются - то переходным.

Строго говоря, понятие установившегося режима в ЭЭС условное, так как в ней всегда существует переходный режим, вызванный малыми колебаниями нагрузки. Установившийся режим понимается в том смысле, что параметры режима генераторов электростанций и крупных подстанций практически постоянны во времени.

Основная задача энергосистемы - экономичное и надежное электроснабжение потребителей без перегрузок основных элементов ЭЭС и при обеспечении заданного качества электроэнергии. В этом смысле основной режим ЭЭС - нормальный установившийся. В таких режимах ЭЭС работает большую часть времени.

По тем или иным причинам допускается работа ЭЭС в утяжеленных установившихся (вынужденных) режимах, которые характеризуются меньшей надежностью, некоторой перегрузкой отдельных элементов и, возможно, ухудшением качества электроэнергии. Длительное существование утяжеленного режима нежелательно, так как при этом существует повышенная опасность возникновения аварийной ситуации.

Наиболее опасными для ЭЭС являются аварийные режимы, вызванные короткими замыканиями и разрывами цепи передачи электроэнергии, в частности, вследствие ложных срабатываний защит и автоматики, а также ошибок эксплуатационного персонала. Длительное существование аварийного режима недопустимо, так как при этом не обеспечивается нормальное электроснабжение потребителей и существует опасность дальнейшего развития аварии и распространения ее на соседние районы. Для предотвращения возникновения аварии и прекращения ее развития применяются средства автоматического и оперативного управления, которыми оснащаются диспетчерские центры, электростанции и подстанции.

После ликвидации аварии ЭЭС переходит в послеаварийный установившийся режим, который не удовлетворяет требованиям экономичности и не полностью соответствует требованиям надежности и качества электроснабжения. Он допускается только как кратковременный для последующего перехода к нормальному режиму.

Для завершения классификации режимов ЭЭС отметим еще нормальные переходные режимы, вызванные значительными изменениями нагрузки и выводом оборудования в ремонт.

Уже из перечисления возможных режимов ЭЭС следует, что этими режимами необходимо управлять, причем для разных режимов задачи управления различаются:

для нормальных режимов - это обеспечение экономичного и надежного электроснабжения;

для утяжеленных режимов - это обеспечение надежного электроснабжения при длительно допустимых перегрузках основных элементов ЭЭС;

для аварийных режимов - это максимальная локализация аварии и быстрая ликвидация ее последствий;

для послеаварийных режимов - быстрый и надежный переход к нормальному установившемуся режиму;

для нормальных переходных режимов - быстрое затухание колебаний.