Выбор режима нейтрали электроустановок

В системах электроснабжения напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ применяется, в основном, изолированная нейтраль, если величины емкостных токов замыкания на землю не превосходят указанных ранее допустимых значений, в противном случае применяются нейтрали, заземленные через дугогасящие аппараты, компенсирующие емкостной ток замыкания на землю. Применение дугогасящих катушек с автоматической компенсацией в настоящее время способствует более широкому распространению систем с компенсацией емкостных токов, технически более совершенных, чем системы с изолированной нейтралью. При напряжениях 6 и 10 кВ нейтраль генераторов обычно заземляется через активное сопротивление. В системах напряжением 110, 220 и 500кВ применяется глухое либо эффективное заземление нейтрали с разземлением нейтрали части трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазно к.з.

В 3-х фазных электрических сетях напряжением 110кВ и выше, определяющим фактором при выборе способа заземления нейтрали является стоимость изоляции. Применяется в основном эффективное заземление нейтрали, при котором во время однофазного к.з. на землю напряжение на неповрежденных фазах равно приблизительно 0,8 линейного напряжения.

В современных низковольтных установках, согласно /4/, применяют следующие режимы нейтрали:

1) глухое заземление нейтралей трансформаторов и генераторов;

2) полностью изолированная нейтраль (только у генераторов);

3) нормально изолированная нейтраль трансформатора с включенным в нейтраль или фазу заземленным пробивным предохранителем.

В соответствии с ПУЭ в четырехпроводных сетях переменного тока 220/127 и 380/220 В или трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление обязательно, при номинальном напряжении 500 и 660В нейтраль должна быть надежно изолирована. В трехфазных трехпроводных сетях напряжением 380 и 220 В применяются оба вида нейтралей (ПУЭ не регламентирует запрещение того или иного режима нейтрали). Однако выбор того или иного режима нейтрали должен производиться с учетом всех местных условий с целью обеспечения наилучших условий безопасности /3/.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из испытательного стенда, представляющего собой имитатор трехфазной системы напряжений, трехфазного трансформатора типа ТСН-1,5 и образцовой катушки индуктивности.

Испытательный стенд предназначен для моделирования систем электроснабжения трехфазного тока с различными режимами нейтрали.

Зажим питающего трансформатора Тр1 и катушки индуктивности L_k выведены на лицевую панель стенда, в то время как сами аппараты установлены за стендом. Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 7.

Распределенные емкости проводов относительно земли в трехфазной системе представлены на стенде в виде сосредоточенных емкостей C_a, C_b и C_c, соответствующих фаз относительно земли. Изменяя величины C_a, C_b и C_c при помощи выключателей В_I-B_III можно получить симметричную или нессиметричную систему с заданным параметрами.

Ввод трехфазного переменного напряжения на стенд осуществляется автоматическим выключателем (далее - автоматом) АП1. Включение и выключение индуктивности в нейтраль трансформатора осуществляется автоматом АП2. Заземление нейтрали трансформатора через активное сопротивление R₀ выполняется автоматом АП3. Заземление фазы А (во всех аварийных режимах) автоматом АП4. Перед началом работы все автоматы и выключатели на стенде должны находиться в положении ”отключено”. Измерение токов и напряжений в схеме стенда выполняется щитовыми приборами магнитоэлектрического типа (с выпрямителем) имеющими равномерную шкалу. Всего на стенде установлено 9 приборов (4 вольтметра и 5 амперметров) по показаниям которых в ходе работы можно судить о доступности того или иного выбранного режима.

Порядок выполнения работы

Подготовка к проведению исследований

В ходе самостоятельной подготовки к выполнению работы, студент должен ознакомиться с назначением основных элементов лабораторного стенда, приборами и оборудованием, а также внимательно изучить раздел 2 настоящего методического руководства.

Определить по формулам (1)-(9) величины ожидаемых токов и напряжений, регистрируемых измерительными приборами при различных режимах нейтрали электрической системы. Данные емкостных сопротивлений фаз, а также параметры катушки индуктивности и трансформатора Тр1 нанесены непосредственно на лицевой панели стенда.

Внимание! Категорически запрещается производить включение или выключение силового автомата АП1 без разрешения ведущего занятия преподавателя.

4.2. Приведение исследований (экспериментов)

ВНИМАНИЕ! Перед началом каждого эксперимента необходимо убедиться в исправном состоянии лабораторного стенда (лампы НL1 – НL3 должны гореть с одинаковым накалом).

4.2.1. Система с глухозаземленной нейтралью в нормальных и аварийных режимах

Для проведения экспериментов замкнуть накоротко перемычкой (отрезок проводника) клеммы О₆ - О₇ активного сопротивления R_0.

Исходное положение: АП2 – “отключен”, АП3 – “включен”, АП4 – “отключен”.

Нормальный режим работы

Установить с помощью выключателей в фазах А-С симметричное состояние системы С_а=С_в=С_с=80 мкФ после чего произвести включение стенда автоматом АП1.

Рис. 7. Схема электрическая принципиальная лабораторной установки

Измерить величины напряжений каждой фазы трансформатора вольтметрами V_1, V_2, V₃ и ток в нейтрали V₄ относительно земли, а также токи в фазах I₁, I₂, I₃ и ток в нейтрали I₄.

Результаты измерений занести в табл. 1 (см. Приложение).

Несимметричный режим работы

Установить с помощью выключателей в фазах несимметричную нагрузку С_а=50 мкФ; С_в=80 мкФ; С_с=135 мкФ.

Определить показания всех приборов и результаты измерений занести в табл. 1 (см. Приложение).

Аварийный режим работы

Произвести замыкания фазы А на землю при произвольной нагрузке во всех путем замыкания автомата АП4. Система должна отключиться с помощью автомата АП1.

ВНИМАНИЕ! После окончания эксперимента 3 все автоматы и выключатели установки должны быть поставлены в положение “отключено”.

4.2.2. Система с нейтралью трансформатора, заземленной через активное сопротивление в нормальном и аварийном режимах (эффективное заземление нейтрали).

Для проведения экспериментов необходимо снять перемычку с клемм O₆ – O₇, т.е. ввести в нейтраль активное сопротивление R_0. Исходное положение: АП2, АП4 – “отключены”, АП3 – “включено”

Нормальный режим работы

Установить аналогично 1 симметричную нагрузку в фазах А-С. Записать показания всех приборов в табл. 2.

Несимметричный режим работы

Установить аналогично 2 несимметричную нагрузку в фазах. Записать показания всех приборов и занести их в табл. 2.

Аварийный режим работы

Произвести замыкание фазы А на землю включением автомата АПЧ, при этом нагрузка в фазах С и В должна быть равна: С_С=С_В=80 мкФ. Записать показания всех приборов и занести их в табл. 1. По данным опыта подсчитать величину R₀ и также занести в табл. 2.

ВНИМАНИЕ! После окончания эксперимента 6 все автоматы и выключатели лабораторной установки должны быть поставлены в положение “отключено”.

4.2.3. Система с изолированной нейтралью трансформатора в нормальном и аварийном режимах.

Установить с помощью выключателей в фазах А-С симметричную нагрузку С_А=С_в=С_с=80 мкФ, автоматы АП2, АП3, АП4 поставить в положение “отключено”.