Первая заключается в уменьшении напряжения на заземленных частях оборудования.

Вторая функция заключается в увеличении тока однофазного короткого замыкания при пробое изоляции фазы на корпус. Благодаря этому улучшаются условия срабатывания аппаратов защиты (автоматов, предохранителей).

Оценивая сеть с глухим заземлением нейтрали в целом, следует подчеркнуть два ее достоинства:

- возможность подключения не только трехфазных, но и однофазных приемников;

- быстрое отключение повреждений, связанных с землей.

-

Недостатки сети:

- замыкание одной фазы на землю является коротким замыканием;

При этом возникают большие токи (до нескольких килоампер). Это может привести к механическим разрушениям аппаратов и токоведущих частей, к термическим повреждениям и пожарам в электроустановках;

Чтобы уменьшить опасность действия токов КЗ (первый недостаток), связанных с замыканием на землю, в сетях с глухим заземлением нейтрали устанавливают специальные защиты от однофазных КЗ. Эти защиты должны быть быстродействующими.

- повышенная электроопасность, так как при прикосновении человека к линейному проводу ток заведомо превышает опасное для жизни значение;

Для устранения второго недо статка применяют устройства защитного отключения (УЗО). На рис. 3.2 приведена упрощенная электрическая схема, поясняющая принцип действия однофазного УЗО-22.

Рис. 3.2. Упрощенная электрическая схема, поясняющая принцип действия однофазного УЗО-22

Питание однофазного приемника Z _Н производится на напряжении 220 В по линейному L и нулевому PEN проводникам.

В состав УЗО входят 2 автомата SA 1 и SA 2, первый из которых обеспечивает защиту электроустановки от короткого замыкания (электромагнитный расцепитель) и перегрузки (тепловой расцепитель). Второй автомат имеет катушку отключения YAT (независимый расцепитель), к которой подключена вторичная обмотка трансформатора тока ТА. Первичными обмотками ТА являются линейный L и рабочий нулевой N провода.

Общий нулевой провод PEN перед УЗО разделен на рабочий нулевой N и защитный РЕ провода. Ток нагрузки I _Н проходит по проводам L и N и сумма магнитных потоков, созданных токами I _Н в ТА, равна нулю. При появлении тока утечки I _УТ по линейному проводу проходит сумма токов I _Н и I _УТ, а по рабочему нулевому проводу N – только I _Н. Магнитные потоки, созданные первичными обмотками УЗО не компенсируются и по вторичной цепи ТА проходит ток, пропорциональный I_УТ. Последний вызывает отключение автомата SА 2, а из-за механической связи между автоматами – и SА 1.

Защитный нулевой провод РЕ необходим для заземления (зануления) корпусов оборудования.

- Третий недостаток при обрыве нулевого провода напряжение на однофазных приемниках может достигать 380 В и приводить их к повреждению.

Третий недостаток сети с глухозаземленной нейтралью в настоящее время не устранен. Пути устранения этого недостатка:

- симметрирование нагрузок по фазам линий;

- создание путей, шунтирующих нулевой провод;

- создание и внедрение устройств защиты от отклонений фазных напряжений.

Особенно удобно совместить устройство УЗО-22 или аналогичное ему с защитой от отклонений фазных напряжений и получить комплектное устройство защиты однофазных приемников от всех видов повреждений.

Важно отметить, что выполнение заземлений корпусов электрооборудования без их зануления недопустимо по условиям безопасности. Это объясняется тем, что при пробое изоляции одной из фаз на корпус, на сопротивлении повторного заземления электродвигателя, а значит и на корпусе электродвигателя М будет напряжение прикосновения, превышающее 150 В, т.е. опасное для жизни значение.

СЕТЬ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Режим изолированной нейтрали используют при напряжении до 1 кВ только в электроустановках с повышенными требованиями безопасности (передвижные установки и др.). При напряжении 6-35 кВ такой режим нейтрали рекомендован ПУЭ во всех электроустановках.

Причина широкого распространения режима работы с изолированной нейтралью заключается в том, что в такой сети замыкание одной фазы на землю не является КЗ. Ток замыкания на землю получается во много раз меньше, чем ток междуфазных КЗ. Это главное достоинство сети с изолированной нейтралью. В такой сети обычно нет необходимости в применении специальных быстродействующих защит от замыкания на землю, т.е. не требуются дополнительные затраты на выполнение и эксплуатацию защиты.

Однако при замыкании на землю обнаруживается недостаток такой сети: замыкание на землю сопровождается перенапряжениями на поврежденных фазах относительно земли.

На рис. 3.3, а приведена упрощенная схема с изолированной нейтралью при замыкании на землю фазы А. В месте замыкания проходит ток замыкания на землю İ _зз Он обусловлен емкостями фаз сети С _В, С _С относительно земли. Значение этого тока невелико и обычно не превышает 100 А.

В нормальном режиме (рис. 3.3, б) напряжения фаз относительно земли одинаковы и составляют U _Ф = , где U _Л - линейное напряжение.

При замыкании фазы А на землю потенциал фазы А становится равным нулю, т.е. потенциалу земли (рис. 3.3, в). Напряжения неповрежденных фаз В и С относительно фазы А останутся такими же, как и в нормальном режиме, потому что линейные напряжения не изменяются. Таким образом, напряжения фаз В и С относительно земли возрастают до линейных, т.е. (увеличиваются в раз).

При этом увеличивается возможность перехода замыкания на землю в двойное, которое является коротким замыканием и сопровождается большим током.

Рис. 3.3. Упрощенная схема с изолированной нейтралью при замыкании на землю фазы А

В сети с изолированной нейтралью изоляция фаз относительно земли выбирается по линейному напряжению, чтобы сеть могла длительно работать с замыканием на землю.

Правила технической эксплуатации (ПТЭ) электрических станций и сетей Российской Федерации [2] допускают работу воздушных и кабельных линий с замыканием на землю при изолированной нейтрали сети до устранения повреждения. При этом к отысканию места повреждения следует приступать немедленно и ликвидировать повреждение в кратчайший срок из-за опасности поражения током людей и животных.

Фазные напряжения в сети с изолированной нейтралью при замыканиях на землю могут превышать линейные напряжения, что обусловлено возникновением так называемой перемежающейся электрической дуги.

Термин «перемежающаяся» означает, что электрическая дуга горит неустойчиво: загорается на некоторое время, затем гаснет и, спустя интервал времени, загорается вновь. Переходные процессы, возникающие в электрической схеме сети (рис. 3.3, а) с учетом перемежающейся дуги, приводят к появлению перенапряжений, которые могут достигать

(3,5¸4,0) U _фм,

где U _фм – амплитуда фазного напряжения в нормальном режиме.

Это часто приводит к пробою изоляции, особенно электродвигателей напряжением выше 1 кВ.

Наличие перенапряжений, обусловленных перемежающейся электрической дугой, являются основным недостатком сети с изолированной нейтралью. Этот недостаток объясняет обилие предложений по оптимизации режима нейтрали городских электрических сетей.

Основным способом снижения перенапряжений при замыкании на землю в соответствии с ПТЭ является компенсация емкостного тока замыкания на землю.

Это достигается с помощью специальных дугогасящих реакторов (катушек индуктивности), которые включают между нейтралью сети и заземлителем. В соответствии с ПТЭ компенсация İ _зз производится, если его значение больше приведенных ниже (табл.3.1).

Таблица 3.1

Значений емкостных токов замыкания на землю

Номинальное напряжение сети, кВ
Ток İ зз, А

Эти значения токов могут обеспечить неустойчивое горение электрической дуги, т.е. в конечном итоге привести к появлению перенапряжений.

Особенно опасно замыкание на землю в сетях с воздушными линиями на железобетонных и металлических опорах, т.к. ток İ _зз может вывести из строя заземляющие устройства и несущие металлические части опор. Поэтому в сетях напряжением 6-35 кВ с воздушными линиями на указанных опорах допустимое значение тока замыкания на землю составляет 10 А.

Ток İ _зз в месте замыкания на землю вычисляется по приближенной формуле İ _зз» U · ,

где U – линейное напряжение, кВ; l _В – суммарная длина воздушных линий сети, км;

l _к – суммарная длина кабельных линий сети, км.

При мер 5. Вычислить ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ. Сеть содержит 2 воздушные линии с длинами 2 км и 7 км и 5 кабельных линий с длинами 1,5 км; 2,5 км; 0,8 км; 1,2 км; 1,6 км.

Решение: Определяем суммарные длины воздушных и кабельных линий

L _вл = 2 + 7 = 9 км; l _кл = 1,5 + 2,5 + 0,8 + 1,2 + 1,6 = 7,6 км.

Ток замыкания на землю

I _зз » » 7,86 А.

Очевидно, что компенсация емкостного тока замыкания на землю в данной сети не требуется.

СЕТЬ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЕМКОСТНОГО ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Принцип компенсации емкостного тока замыкания на землю заключается в том, что благодаря катушке индуктивности, включенной между нейтралью N и заземлителем (рис. 3.4), в месте замыкания на землю кроме тока İ _зз проходит индуктивный ток I _L.

Рис. 3.4. Принцип компенсации емкостного тока замыкания на землю

Указанные токи сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180⁰. По этой причине они вычитаются друг из друга; в результате суммарный (остаточный) ток в месте замыкания на землю I _ОСТ.З << İ _зз, т.е. во много раз меньше емкостного тока İ _зз.

На рис. 3.5 приведена векторная диаграмма напряжений (рис. 3.5,а) и токов (рис. 3.5,б) в сети с компенсацией тока İ _зз. Направления токов показаны на рис. 3.4.

Рис. 3.5. Векторные диаграммы: а) напряжений; б) токов

Дата добавления: 2015-07-07