Измерить токи замыкания в сети с изолированной нейтралью: Расчет тока однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

Токи замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Достоинства электрических сетей с изолированной нейтралью.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

В России сети 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью, если токи замыкания на землю не превышают 10 А для воздушных сетей на железобетонных и металлических опорах, а в кабельных сетях и в воздушных при деревянных опорах не превышают 30А при U=6 кВ, 20А при U=10 кВ и 10А при U=35 кВ [1, п. 1.2.16], [25, п.2.8.13]. Главное достоинство таких сетей – обеспечение бесперебойного электроснабжения потребителей при однофазных замыканиях на землю, которые составляют до (70-80) % от всех видов повреждений.

Сначала рассмотрим сопротивления и проводимости линий электропередачи. Провода линий электропередач переменного тока обладают продольными активными и индуктивными сопротивлениями r_л и x_л, а также поперечными активными и емкостными проводимостями g_л и b_л. Для изображения ких линий на схемах замещения применяют П-образные или Г-образные схемы замещения (рисунок 7.8, а).

Активное сопротивление проводов переменному току при частоте 50 Гц практически равно омическому сопротивлению постоянному току. Оно зависит от сечения и материала провода и определяется по формулам курсов физики и электротехники. Индуктивное сопротивление линии не зависит от материала и сечения провода и зависит только от взаимного расположения фазных проводов. Для воздушных линий (ВЛ) индуктивное сопротивление изменяется от 0,37 до 0,47 Ом/км, а для кабельных линий (КЛ) от 0,07 до 0,1 Ом/км. В приближенных расчетах допускается принимать Х_Л=0,4 Ом/км для ВЛ и Х_Л=0,08 Ом/км для КЛ.

Рисунок 7.8 – Схемы замещения однофазной линии электропередачи

Активная поперечная проводимость обусловлена несовершенством изоляции КЛ и ионизацией воздуха (коронированием) вблизи проводов ВЛ и представляет собой величину, обратную сопротивлению утечки. В практических расчетах нормального режима поперечная активная проводимость КЛ и ВЛ обычно не учитывается (рисунок 7.8, б).

Емкостная поперечная проводимость обусловлена наличием емкостных

связей между проводом и землей, а также между фазами. Емкостная проводимость играет большую роль как при включении линии под напряжение, так и при замыканиях одной из фаз на землю. Рассмотрим ее подробнее. Схема замещения трехфазной ВЛ из конденсаторов с ёмкостями фаз относительно земли С_АЗ, С_ВЗ, С_СЗ и между фазами С_АВ, С_ВС, С_СА, показана на рисунке 7.9, а.

Рисунок 7.9 – Эквивалентные схемы замещения с ёмкостными проводимостями: а) для несимметричных трёхфазных ЛЭП, б) для симметричных трёхфазных ЛЭП.

В общем случае емкости отдельных фаз по отношению к земле могут отличаться из-за разного расстояния фазных проводов до земли. В инженерных расчетах трехфазные линии принимаются симметричными (рисунок 7.9, б). Для симметричных трёхфазных линий имеют место равенства

= С₀;

С_АВ = С_ВС = С_СА = С_М,

где С_Ф — емкость фазного провода по отношению к земле;

С_М — междуфазная емкость;

С₀ – ёмкость нулевой последовательности, которая для симметричной линии равна емкости фазного провода по отношению к земле.

Значения удельных значений фазных емкостей С_УД указаны в справочниках. Чем длиннее линия, тем ее емкость больше ее емкость по отношению к земле:

Рассмотрим свойства сетей с изолированной нейтралью на примере электрической сети с одной линией электропередачи (рисунок 7.10).

Рисунок 7.10 – Фрагмент электрической сети с изолированной нейтралью

Электрическая сеть изолирована от земли и не имеет ни одной точки связи с землей. В нормальном режиме по линии протекает ток нагрузки I_Н, обусловленный передачей мощности в нагрузку (рисунок 7.10. а). Однако если отключить нагрузку выключателем Q в конце линии (рисунок 7.10. б), то по фазным проводам линии будет протекать небольшие токи I_С (рисунок 7.10, б). Эти токи называют емкостными или зарядными токами линии. Объясняются они наличием емкостей фазных проводов линии по отношению к земле. На рисунке 7.9, а эти емкости обозначены С_АЗ, С_ВЗ, С_СЗ, на рисунке 7.10, в они обозначены С_А, С_В и С_С. В реальной сети емкости распределены равномерно по всей длине линии. Для удобства анализа распределенные емкости фаз относительно земли на схемах замещения изображают в виде сосредоточенных емкостей. Схема замещения линии с отключенной нагрузкой приведена на рисунке 7.9, б. Ток в линии при отключенной нагрузке определяется только емкостной проводимостью. При этом продольной сопротивления практически не влияют на величину емкостного тока и их на схеме замещения не изображают (рисунок 7.9, в и рисунок 7.10, в)).

В нормальном режиме напряжения фаз сети по отношению к земле U_А, U_В и U_С равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора U_АN, U_ВN и U_СN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле U_NЗ равно нулю (рисунок 7.11).

Рисунок 7.11 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов в нормальном режиме

Емкостное сопротивление фаз по отношению к земле, равное х=1/(ωС), в тысячи раз больше продольных активных и индуктивных сопротивлений воздушной или кабельной линии. Поэтому величина зарядного тока линии практически не зависит от продольных сопротивлений линий и определяется только поперечной емкостной проводимостью. При равных фазных напряжениях U_А= U_В = U_С= U_Ф емкостные токи фаз также равны между собой

I_С,А = I_С,В = I_С,С = U_ф·ω·C (7.3)

Зарядные токи носят емкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 7.11) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90^о. По сравнению с током нагрузки зарядный ток мал, в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает и в расчетах нормального режима не учитывается. Поэтому на рисунке 7.10, а он не показан.

Предположим теперь, что в какой-либо точке сети произошло замыкание одной фазы на землю, например, из-за нарушения (пробоя) изоляции. Для упрощения анализа предположим, что замыкание на землю металлическое, то есть без переходного сопротивления в месте повреждения (рисунке 7.12).

Рисунок 7.12. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с одной линией

Из схемы рисунка 7.12 наглядно видно, что сеть имеет только одну точку связи с землей. Это значит, что замыкание одной фазы на землю не привело к образованию короткозамкнутого контура. Это первое важное свойство сетей с изолированной нейтралью. Из него следует, что в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землюодной фазыне возникает ток короткого замыкания. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью нельзя называть коротким замыканием. По общепринятой технической терминологии его называют «простым замыканием на землю» или просто «замыканием на землю», без добавки «короткое».

Несмотря на то, что замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, ток на землю в месте повреждения все же возникает. Он, как и зарядный ток, обусловлен емкостными проводимостями фаз сети относительно земли и носит емкостной характер. Рассмотрим пути протекания и величину тока замыкания на землю в месте повреждения. Допустим, что в точке К произошло замыкание на землю фазы А (рисунок 7.12). Тогда ток в месте повреждения протекает по двум контурам:

— в одном конуре (точка К – земля – емкость С_В – провод фазы В – фаза В трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) под действием междуфазного напряжения АВ:

— в другом (точка К – земля – емкость С_С – провод фазы С – фаза С трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) — под действием междуфазного напряжения АС.

При этом ток в месте повреждения I_З равен векторной сумме токов I_С,В и I_С,С двух контуров и определяется выражением

, (7.4)

где U_ВА и U_СА – междуфазные напряжения фаз В и С относительно поврежденной фазы А. Векторная диаграмма напряжений и токов при замыкании на землю показана на рисунке 7.13.

Рисунок 7.13 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов при металлическом замыкании на землю фазы А

Векторная сумма двух междуфазных напряжений U_ВА и U_СА по величине равна утроенному фазному напряжению относительно нейтрали и направлена противоположно вектору напряжения поврежденной фазы А

При этом для тока в месте замыкания из (7.4) получаем

(7.5)

Таким образом, ток замыкания на землю в месте повреждения всего лишь в три раза превышает емкостной зарядный ток одной фазы нормального режима. Это означает, что емкостной ток в месте повреждения несущественно отличается от зарядного тока линии и не может называться током короткого замыкания.

Векторная диаграмма напряжений и токов на рисунке 7.13 была получена для сети с одной линией на рисунке 7.12. Если электрическая сеть содержит несколько линий электропередачи, то векторная диаграмма и не изменится, только вместо емкостных токов I_С,В и I_С.С фаз В и С одной линий будут суммарные токи ΣI_С,В и ΣI_С.С фаз В и С всех линий электрической сети. При этом в знаменателе выражений (7.4) и (7.5) будет эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети:

, (7.6)

где эквивалентное емкостное сопротивление всей электрической сети

, (7.7)

где ΣС_Ф – суммарная емкость всех линий электрической сети.

Пути протекания емкостных токов при ЗНЗ в сети с двумя линиями показаны на рисунке 7.14.

Рисунок 7.14. Пути протекания токов замыкания на землю в сети с двумя линиями

При замыкании на землю на линии Л2 в неповрежденных фазах каждой из линий Л1 и Л2 протекают емкостные токи I_сЛ1 и I_сЛ2, обусловленные емкостями С_Л1 и С_Л2 соответствующей линии. Ток в месте повреждения равен сумме емкостных токов всех линий сети.

В инженерной практике для вычисления емкостных токов в месте повреждения в сетях любой конфигурации применяется формула [24]

, (7.8)

где U_СР.НОМ – среднее номинальное напряжение сети; l_К (l_В) -суммарная длина кабельных (воздушных) линий сети. При суммарной длине КЛ l₁=1,0 км и длине воздушных линий сети 35 км ток замыкания на землю в сети напряжением 10 кВ составит всего 2.1 А

Так как ток замыкания на землю мал, то малы и емкостные токи в фазных проводах электрической сети. При этом токи в фазных проводах ЛЭП определяются в основном токами нагрузки и практически при замыкании на землю не изменяются. При этом практически не изменяются потери напряжения в сети, а, следовательно, не изменяются ни фазные напряжения сети по отношению к нейтрали, ни линейные напряжения сети. Отсюда следует следующее важное свойство сетей с изолированной нейтралью: при замыкании фазы на землютреугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя не изменяется.

Из перечисленных свойств сети с изолированной нейтралью следует, что при однофазных замыканиях на землю режим работы электроприемников в сети не изменяется. Поэтому замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью считается не аварийным, а лишь ненормальным режимом, при возникновении которого сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Питание потребителя при этом не прерывается.

Таким образом, достоинствамисетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются:

— замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, при этом при замыкании на землю не возникает токов короткого замыкания; — при замыкании фазы на землю треугольник линейных напряжений в сети, в том числе и на вводах потребителя, не изменяется, при этом токи, потребляемые электроприемниками из сети, также не изменяются;

— так как ни напряжения, ни токи электроприемников не изменяются, то питание потребителей при однофазных замыканиях на землю не прерывается, причем режим работы электроприемников электроэнергии при однофазных замыканиях на землю не изменяется.

Поэтому замыкание одной фазы на землю не является КЗ и не является аварийным режимом. Это ненормальный режим работы сети, при котором поврежденную линию можно не отключать релейной защитой.

Учитывая, что замыкание на землю является самым распространенным видом повреждения в распределительных сетях (доля этих повреждений в сетях 6-35 кВ составляет до 75% и более от общего числа повреждений), сохранение в работе поврежденной линии и бесперебойное электроснабжение при замыканиях на землю являются важнейшими достоинствами сетей с изолированной нейтралью. Поэтому в нашей стране они получили широкое распространение для распределительных сетей напряжением 6-35 кВ всех промышленных предприятий, в том числе для сетей нефтяных промыслов, НПС, нефтеперерабатывающих заводов и т.д.

В то же время сети с изолированной нейтралью имеют ряд недостатков. Рассмотрим их.



Понятие и расчет тока замыкания на землю

Такое явление, как растекание тока при замыкании на землю одного из фазных проводников, возникает вследствие его случайного соприкосновения с грунтом. К этому же типу внештатных ситуаций следует отнести и снижение изоляционных характеристик защитной оболочки кабеля, проложенного в земле.

Явление растекания

В 3-х фазной питающей сети, работающей по схеме с так называемой «изолированной» нейтралью, о замыкании фазы на землю можно судить по показаниям подключённого к ней индикаторного прибора (вольтметра). Для организации таких измерений его контрольные щупы подсоединяются к контактам вторичной обмотки измерительного трансформатора типа НТМИ, способного выдерживать длительные перенапряжения.

При непосредственном или прямом замыкании проводника на землю обмотка измерительного трансформатора накоротко замкнута, а показания соответствующего ей вольтметра будут нулевыми.

Одновременно с этим суммарный магнитный поток (индукция) в двух других обмотках НТМИ увеличится в √3 раз, а соответствующими вольтметрами вместо фазного измеряется линейное напряжение.

В случае практического измерения емкостного тока замыкания на землю используют метод «подбора». Его суть заключается в умышленных смещениях нейтрали (подача переменного напряжения в нейтраль) и измерении возникающих при этом токах.

Метод применяется только в сухую погоду к сетям не более 10 кВ. Проводить замеры тока замыкания на землю могут те работники, которые получили допуск.

Расчетный ток замыкания на землю определяется как геометрическая сумма его емкостных составляющих во всех рабочих жилах согласно следующей формуле:

С ростом протяжённости сети её емкость, естественно, возрастает и, согласно формуле, увеличивается аварийный ток утечки. Одновременно с этим в соответствии с требованиями ПУЭ величина тока в цепи не должна превышать следующих значений:

Для выполнения указанного требования в 3-х фазных питающих цепях должна быть принудительно организована компенсация емкостного тока замыкания на землю.

Последствия замыкания

Растекание тока в сетях с изолированной нейтралью возможно лишь через провод, находящийся в прямом контакте с грунтом. Самый близкий пример такой ситуации – искусственный заземлитель.

Стекание тока

Аварийное замыкание фазы на грунт приводит к тому же эффекту, в результате которого происходит резкое уменьшение потенциала проводника относительно земли.

В указанной ситуации такой провод формально превращается в одиночный заземлитель.

Напряжение в точке контакта понижается до значения, соответствующего произведению протекающего через неё тока на величину сопротивления почвы его растеканию.

Это явление очень полезно с точки зрения уменьшения опасности при случайном повреждении линии. Одновременно с этим понижение потенциала фазы приводит к ряду нежелательных последствий.

Одно из негативных последствий – эффект распределения потенциала по поверхности земли вблизи от зоны контакта. Вследствие этого в точках, по-разному удалённых от заземляющей конструкции, появляются различные по величине потенциалы, образующие перепады напряжения, опасные для попавших в эту зону людей.

Это обстоятельство послужило причиной введения такого показателя, как «напряжение шага», определяемого разностью потенциалов между его ступнями при передвижении в границах опасной зоны.

В связи с тем, что снижение потенциала по мере удаления от точки контакта происходит по экспоненте – максимальное напряжение шага наблюдается вблизи от неё. Минимум этой величины проявляется на участках, достаточно удаленных от эпицентра аварии.

Характер распределения тока замыкания на землю, величина сопротивления растеканию и распределение потенциалов на опасном участке – все эти показатели зависят от геометрических параметров образовавшегося соединения. Существенное влияние на них оказывает и состояние грунта в момент аварии (повышенная влажность, сухость или другие факторы).

Возникновение дуги

Ещё одним последствием замыкания фазного проводника на землю является образование электрической дуги, в процессе горения которой выделяется большое количество тепла и наблюдается ионизация воздуха. Это создаёт условия, способствующие появлению в линейных межфазных цепях короткого замыкания.

Прерывистый характер дуги, образующейся при замыкании на землю, приводит к появлению значительных перенапряжений величиной до 3,2 Uф.. С целью снижения амплитуды ёмкостных токов, увеличения времени восстановления напряжения на аварийной фазе, а также ограничения перенапряжений при последующих зажиганиях дуги в цепях устанавливается специальный дугогасящий реактор.

Компенсационные меры защиты

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.

Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (смотрите рисунок 1, б). С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.

Практически установлено, что при наличии компенсатора воздушные и кабельные линии могут работать в критическом аварийном режиме довольно продолжительное время и вот почему.

Как только протекающий в реакторе индуктивный ток Ip сравнивается по своей величине с противофазной емкостной составляющей Ic – наблюдается эффект компенсации, при котором Iр + Iс = 0 (явление резонанса токов).

Реакторы с индуктивным импедансом достаточно просто настраиваются на работу с переменным значением компенсационного потока и могут эксплуатироваться в режимах недо- и перекомпенсации.

Использование дугогасящего реактора оказывает определённое влияние на распределение потенциалов в линейных проводах и в нейтрали. В последней появляется напряжение смещения Ucм , вызванное асимметрией в цепи и приложенное к выводам реактора.

В резонансном режиме такое рассогласование приводит к искажению нормальной картины распределения потенциалов даже в отсутствии однофазного замыкания (ОЗЗ).

Искусственное предупреждение резонансных явлений может быть достигнуто путём преднамеренного рассогласования соответствующих цепей, в результате чего удаётся снизить Ucм и выровнять показания контрольных приборов.

Дополнительное замечание. Варьировать величину компенсационных токов допускается в пределах, при которых образовавшееся в случае аварии рассогласование не приводило бы к появлению Ucм более чем 0,7 Uф.

Порядок расчёта параметров однофазного замыкания

Расчет емкостного тока замыкания предлагаем рассмотреть на примере типовых электрических подстанций с действующим напряжением 10 киловольт.

Для повышения точности проводимых при этом выкладок советуем воспользоваться методом, при котором за основу берётся показатель удельного ёмкостного тока. (С его рабочими значениями можно будет ознакомиться в одной из таблиц, приведённых в приложении). Формула, в соответствии с которой рассчитывается этот показатель, выглядит следующим образом:

где:

Uф – эта фазное напряжение 3-х фидерной электросети, киловольты,

ω=2Пf=314(радианы/секунду).

Со – величины ёмкости каждой отдельной фазы по отношению к земле (микрофарады/километры).

Сразу же вслед за этим можно будет приступать к определению величины ёмкостной составляющей тока в самой фидерной линии:

По завершении основного расчёта переходим к определению параметров срабатывания защиты от перенапряжений (компенсационных токов).

При их проведении следует исходить из показателя емкостного тока защиты, определяемого по формуле:

где:
Кн – показатель надежности работы защиты (обычно он принимается равным 1,2),

Кбр – показатель так называемого «броска», учитывающий скачок тока в момент возникновения однофазного замыкания на землю (ОЗЗ),

Ic фидера макс. – емкостный ток подлежащего защите фидера.

Соблюдение неравенства, обозначенного в приведённой выше формуле, позволяет обеспечить условия, при которых даже при возникновении однофазного замыкания на землю защита не будет срабатывать.

Для реле ЭМ типа рекомендуемый показатель надёжности срабатывания защиты, как правило, выбирается равным 2 или 3 единицам. При этом в защитной схеме не предусматривается специальная временная задержка. При установке в этих цепях цифровых реле рабочее значение показателя Кбр = 1-1,5.

В заключение отметим, что для различных промышленных устройств фидерной защиты указанные параметры могут иметь значения, несколько отличающиеся от тех, что приведены в расчётах.

Замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью — Мегаобучалка

Если в сетях напряжением 0,38 , 110 кВ и выше всякое замыкание на землю представляет собой однофазное короткое замыкание (вследствие глухого заземления нейтрали), то в электрических сетях 6…35 кВ включительно соединение провода с землёй не является коротким замыканием ( так как нейтраль изолирована от земли). Такое замыкание в рассматориваемых сетях называется замыканием на землю.

При замыкании на землю, если переходное сопротивление в месте замыкания равно нулю, то напряжение повреждённой фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжение неповреждённых фаз – повышается в раз и становится равным междуфазному.

Провода ВЛ обладают ёмкостью по отношению к земле, и через неё течёт ёмкостный ток замыкания на землю. Сила этого тока не велика, она составляет единицы или десятки ампер, но при некоторых условиях может вызвать отрицательные последствия. Поэтому необходимо уметь определять силу тока замыкания на землю, чтобы оценить возможную опасность от его прохождения в сети.

Пусть имеем трёхфазную сеть с изолированной нейтралью (рис. 4.13 а). Ёмкости фазных проводов по отношению к земле приблизительно равны:

          .

Тогда токи, протекающие через эти ёмкости также равны:

т.е.  .

Кроме того, эти токи сдвинуты один относительно другого на угол 120⁰.

Следовательно, их геометрическая сумма равна нулю и ток в земле – отсутствует.   

При замыкании на землю, например фазы »А», её напряжение относительно земли станет равным нулю, следовательно, ток также будет равен нулю, т.е. .

При этом в двух других, неповреждённых фазах напряжение возрастёт в   раз, а токи в этих фазах будут определяться как геометрическая сумма с током  до замыкания.

Абсолютное значение токов в этих фазах будет определяться как по следующим выражениям.

Ток в фазе »В»: ,

Ток в фазе »С»: .

Ток в земле равен геометрической сумме токов в фазах:

             .

Из представленной векторной диаграммы (рис. 4.13, б), при условии, что , следует, что: ,

где — фазное номинальное напряжение сети; — угловая частота переменного тока при Гц;  — ёмкость линии по отношению к земле. Для ВЛ ; для КЛ: .

Рис. 4.13, б. Векторная диаграмма токов до и после замыкания фазы на землю

Подставив полученные значения в исходную формулу, можно получить приближённые формулы для определения тока замыкания на землю в сетях 6…35 кВ с изолированной нейтралью:

— для сетей, выполненных ВЛ:      ;

— для сетей, выполненных КЛ:       ,

где — линейное (междуфазное) напряжение, кВ; — общая длина всех электрически соединённых линий данного напряжения, км.

Величина тока замыкания на землю не должна превосходить следующих значений:

Напряжение, кВ:     6        10       20         35

Сила тока, А:          30       20         15         10.

В электрических сетях напряжением 6…35 кВ, выполненных на железобетонных или металлических опорах сила тока замыкания на землю во всех случаях не должна превышать 10 А.

Если сила тока не превышает указанных значений, то при замыкании фазы на землю нет необходимости немедленно отключать линию (если это не грозит безопасности людей и животных) и она может работать до тех пор, пока не будет найден и отключен для ремонта повреждённый участок (но не более чем на 2 часа).

  При токах, больше приведённых значений, в месте замыкания на землю может возникнуть перемежающаяся дуга. Она загорается и гаснет с частотой, равной рабочей частоте тока в установке или даже превышая её. В связи с этим в сети возникают перенапряжения, которые могут достигать трёх,-четырёхкратных значений номинального напряжения, что представляет опасность для изоляции, особенно при напряжении 35 кВ.

Кроме того, от термического действия дуги в месте замыкания на землю возникает опасность повреждения изоляции, разрушения железобетонных и возгорания деревянных опор. Вследствие этого увелдичивается вероятность перехода дуги замыкания на землю в короткое замыкание между фазами, особенно в кабельных сетях.

Для уменьшения тока замыкания на землю, который является ёмкостным, между нейтралью трансформатора и землёй включают дугогасительную индуктивную катушку. Её индуктивный ток может полностью компенсировать и даже перекомпенсировать ёмкостный ток замыкания на землю. Электрические сети, нейтраль которых соединена с землёй через индуктивную дугогасительную катушку, называются компенсированными.

Следует учитывать, что воздушные сети напряжением 35 кВ, не имеющие мощной нагрузки компенсируют в отдельных случаях. При этом при напряжении 6…20 кВ чаще всего компенсация не выполняется. Вместе с этим, в кабельных сетях ток замыкания на землю в 30…35 раз больше, чем в воздушных линиях при той же длине. Поэтому кабельные сети часто приходится компенсировать дугогасительными катушками даже при напряжении 6…10 кВ.

Сети с изолированной нейтралью — ElectrikTop.ru

Электрические сети — это сложные системы. Схемы подключения генераторов и трансформаторов предполагает подключение глухозаземленной и изолированной нетрали.  В нашей энергосистеме в основном используется система с глухозаземленной нетралью. Однако, существует оборудование, которое должно работать в условиях где применяется трехпроводная сеть с изолированной нейтралью.

Это передвижные установки, оборудование торфоразработок, при добыче калийных удобрений и угольных шахтах, то есть оборудование, работающее на напряжение 380-660 В и 3-35 Кв.  Питающий кабель передвижных установок выполняется четырехпроводным кабелем. Отличие одного вида заземления от другого заключается в том, что общая точка вторичной обмотки трансформатора подключается непосредственно в трансформаторной подстанции к заземлителю.

Такая система с изолированной нейтралью получается при подключении вторичных обмоток трансформатора треугольником. В этом случае средней точки просто не существует. Это используется, когда по условия безопасности не допускают аварийное обесточивание при коротком замыкании на землю. Такие системы получили обозначение IT.

Что является определением изолированной нейтрали

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ)существует определение, что собой представляет схема с изолированной нейтралью. Рассмотрим, чем называют IT схемой. Это система, в которой нулевой провод генератора или трансформатора не подключается к заземлителю. Он может быть подключен к контуру заземления путем соединения приборов сигнализации, средств измерения, защиты или аналогичных приборов к нулю.  Все эти устройства должны обладать большим сопротивлением.

Систему с изолированной нейтралью можно представить трехфазной сетью, обмотка трансформатора, в которой соединена треугольником, но может быть и звездой. А от линии отходят резисторы, подключенные к заземлению и параллельно сопротивлению стоят конденсаторы. Через которые в кабельной или воздушной линии протекают токи утечки, их можно представить двумя составляющими. Одна из которых активная, а вторая реактивная.

Так как сопротивление не поврежденной изоляции имеет величину около мегаома. При таком сопротивлении ток утечки очень маленький и рассчитывается по закону Ома. I=U/R, а при величине сопротивления 0,5 Мом и напряжении 220 В, составляет 0,44 Ма.  Реактивную составляющую представляют в виде конденсатора. Одной обкладкой служит провод линии, а второй земля.

Когда имеется исправная трехфазная сети с изолированной нейтралью нагрузка между фазами распределяется равномерно. При возникновении пробоя одной фазы на землю, т. е. возникают однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

В этом случае возникает аварийный ток однофазного замыкания. Чаще всего замыкание происходит на корпус электрического потребителя. В качестве последнего могут выступать электродвигатели или металлические конструкции.

Если они не заземлены, то на корпусе прибора возникает фазное напряжение или близкое к нему. Прикосновение человека к корпусу будет равносильно прикосновению к фазе. Что смертельно опасно.
Когда возникает однофазное КЗ в сети с изолированной нейтралью, ток замыкания небольшой, его значение составляет миллиамперы. При таких токах невозможно установить защитные устройства.

Поэтому для обеспечения отключения используются приборы, которые автоматически контролируют состояние изоляции. Такие системы устанавливают, когда необходима защита от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Достоинства

Какие же существуют достоинства и недостатки сети с изолированной нейтралью? К основным достоинствам следует отнести то, что нет необходимости оперативного отключения питающего напряжения при возникновении короткого замыкания одной фазы на землю.

Недостатки

Это считается аварийным режимом, и он не предполагает длительной работы оборудования. Такой режим имеет следующие недостатки:

• Обнаружить неисправный участок довольно непросто;
• Изоляция электроприборов должна быть рассчитана на пробой от линейного напряжения;
• При продолжительном замыкании увеличивается вероятность поражения обслуживающего персонала электричеством;
• Вследствие постоянного воздействия дуговых перенапряжений и постоянного накопления дефектов, снижается срок службы изоляции;
• Из-за появления дуговых перенапряжений возникают повреждения изоляции в разных местах;
• Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью затрудняет работу релейной защиты;
• Возможное появление дуги малых токов в месте однофазного замыкания на землю.

Большое количество недостатков существенно снижает применение такой схемы в сетях до 1 000 В. Более широкое распространение такая система получила в высоковольтных сетях.

Что такое и чем отличается изолированная нейтраль в сетях с напряжением выше 1 000В

В сетях среднего напряжения (6 — 10 КВ) изолированная нейтраль трансформатора отсутствует, так как обмотки трансформатора соединены треугольником. При соединении обмоток звездой появляется возможность в организации защиты компенсации тока однофазного замыкания на землю в высоковольтной сети с изолированной нейтралью.

Для компенсации реактивных токов короткого замыкания применяют дугогасящие реакторы в случае:

1. Линии напряжением 3-6 КВ и током свыше 30А;
2. Напряжение сети 10 КВ и ток больше 10А;
3. Ток, превышающий 15 А и напряжения 15-20 КВ;
4. Воздушная линия электропередач напряжением 3 – 20 КВ и током, превышающим 10 А;
5. Кабельные и ЛЭП напряжением 35 КВ;
6. При напряжении на генераторе 6-20 КВ и токе на землю 5А в схеме «генератор – трансформатор».

Трехпроводная трехфазная система с изолированной нейтралью допускает производить корректировку тока КЗ, что осуществляется подключением нейтрали к заземлению при помощи высокоомного сопротивления.

В нашем случае изолированная нейтраль используется в сетях:

• Применяется в двухфазных сетях постоянного тока;
• Трехфазные сети переменного тока до 1 000 кВ;
• Трехфазные сети 6 – 35 кВ при допустимом токе короткого замыкания;
• Сети 0,4 КВ, в которых применяются устройства защиты в виде разделяющих трансформаторов.

Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью

Страница 14 из 84

В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю одной фазы, как правило, не приводит к появлению сверхтоков, поэтому не требуется немедленного отключения поврежденного участка. В случае замыкания на землю, например фазы А (рис. 3.8) через место аварии проходит ток, который замыкается как зарядный через емкостные проводимости относительно земли неповрежденных фазовых проводов. Емкостная проводимость поврежденной фазы шунтируется рассматриваемым замыканием, и ток в фазе А справа от места замыкания равен нулю.

Ток замыкания на землю определяется по формуле

где Uф — среднее значение напряжения рассматриваемой ступени напряжения; Хс0 — суммарное емкостное сопротивление нулевой последовательности.

Рис. 3. 8. Схема протекания тока замыкания на землю

Для воздушной трехфазной линии без троса:

где— средний геометрический радиус системы трех проводов
линии; Dот= 2(hA +hB + hc/3) — среднее расстояние от проводов фаз А, В и С до зеркальных отражений относительно поверхности земли.

Для трехжильного кабеля с круглыми жилами

где r — радиус жилы; В и b -толщины соответственно фазной и поясной изоляции.

Основными недостатками систем с изолированной нейтралью являются повышенные капитальные вложения, вызываемые требуемым уровнем изоляции электроустановок из-за увеличения напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного напряжения установки при однофазном замыкании на землю и возможность замыкания фазы на землю через электрическую дугу и появления перемежающихся дуг, имеющих при определенных условиях устойчивый характер и вызывающих перенапряжения (превосходящие в 2,5-3 раза нормальное фазное напряжение), которые распространяются на вcю электрически связанную сеть.
Возникновение электрической дуги в месте замыкания на землю может повредить электрооборудование и вызвать двух- и трехфазные КЗ, а перенапряжения могут привести к пробою изоляции и образованию КЗ в частях установок с ослабленной изоляцией.

Указанные недостатки ограничивают область применения систем с изолированной нейтралью системами 3-35 кВ, где емкостный ток однофазного замыкания на землю имеет следующие значения:
в сетях 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на ВЛ, и во всех сетях 35 кВ — не более 10 А;

в сетях не имеющих железобетонных и металлических опор на ВЛ, при напряжении 3-6 кВ — не более 30 А; при 10 кВ — не более 20 А; при 15-20 кВ — не более 15 А;
в сетях 6-20 кВ блоков генератор — трансформатор (на генераторном напряжении) — не более 5 А.

Если ток замыкания на землю превышает приведенные выше значения, необходимо предусматривать его компенсацию путем включения в нейтраль генератора или трансформатора заземляющего дугогасящего реактора (рис. 3.9, а).
В этом случае при однофазном замыкании на землю (рис. 3.9, б) через место замыкания протекают токи: индуктивный ток реактора IL и емкостный

Рис. 3.9. Схема компенсации тока замыкания на землю

Таблица 3.4. Технические характеристики заземляющих дугогасящих реакторов серии РЗДСРОМ

ток замыкания на землю 1С, которые различаются по фазе на 180° и, следовательно, частично компенсируют друг друга; результирующий ток

Iрез = Il-Ic.
Однако выполнить условие Iрез= 0 практически очень сложно, так как, во-первых, даже при полной компенсации емкостного тока замыкания на землю через место аварии течет так называемый остаточный ток, обусловленный активной проводимостью катушки, активными токами утечки и др., во-вторых, периодические включения и отключения отдельных линий системы приводят к постоянным изменениям емкостного тока сети, в-третьих, для четкого срабатывания устройств релейной защиты, реагирующей на однофазные замыкания на землю, необходимо, чтобы ток замыкания на землю был больше тока срабатывания защиты.

Технические данные заземляющих дугогасящих реакторов приведены в табл. 3.4.

Чем опасно КЗ в сети с изолированной нейтралью?

В системах с изолированной нейтралью нулевая точка не заземляется. На рис. 4.1 представлена схема сети трехфазного тока с изолированной нейтралью при касании человеком фазного провода. Изоляция каждого провода не является идеальной и имеет утечку на землю с сопротивлениями r1,r2,r3 и емкость относительно земли с емкостными сопротивлениями xc1,xc2,xc3. Эти сопротивления можно представить в виде звезд с нейтральными точками, замкнутыми на землю, и они также составляют полные сопротивления фаз сети, которым соответствуют полные проводимости. Проводимости создают замкнутые через землю цепи, связывающие между собой провода сети. Сопротивление тела человека частично замещает сопротивление фазы, которой он касается, в случае рис. 4.1 — r1 и xc1 и через тело человека проходит ток, нарушающий симметрию сопротивлений утечек и емкостей.

Чем больше проводимость изоляции утечки и емкостная по отношению к земле, тем большую опасность представляет прикосновение человека к токоведущей части. Если одна фаза имеет замыкание на землю, то прикосновение человека к другим фазам представляет наибольшую опасность, так как при этом человек оказывается под линейным напряжением (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Касание человеком токоведущей части в сети с изолированной нейтралью при коротком замыкании другой фазы.

Если нейтраль заземлена, фазные напряжения по отношению к земле остаются постоянными и равными фазному напряжению. При нарушении изоляции одной из фаз по отношению к земле нейтраль может получить незначительное смещение.

Прикосновение человека к одной из фаз создает цепь тока: проводник—тело человека—земля—заземленный нулевой проводящая точка обмоток (рис. 4.5). Напряжение прикосновения человека- будет частью фазного напряжения, и ток, проходящий через человека, не зависит от токов утечки и емкостных токов других фаз, так как цепь замыкания через сопротивление нейтрали имеет меньшее сопротивление, чем сопротивления утечки и емкостные сопротивления этих фаз, т. е. эти сопротивления оказываются зашунтированными.

Расшифруйте тип трансформатора ТДЦ- 125000/220.

Трансформатор масляный силовой трехфазный двухобмоточный с принудительной циркуляцией воздуха и масла, с ненаправленным потоком масла предназначен для работы в блоках электростанции. Номинальная мощность 125000 кВА, 220 кВ — класс напряжения обмотки ВН.

Назовите основные электрозащитные средства напряжением до 1000 В.

Основнымиэлектрозащитными средствами в электроустановках напряжением до 1000 В являются

1. диэлектрические перчатки,

2. изолирующие штанги,

3. изолирующие и электроизмерительные клещи,

4. слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками и указатели напряжения.

Дополнительными электрозащитными средствами являются диэлектрические галоши (боты), сапоги, диэлектрические резиновые коврики, дорожки и изолирующие подставки.



11.2. Замыкание фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

11.2. Замыкание фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Замыкание на землю — это замыкание, обусловленное соединением проводника с землей или уменьшением сопротивления его изоляции по отношению к земле ниже определенной величины (СТ МЭК 50(151)—78).

Компенсация емкостного тока замыкания на землю в сетях 6-35 кВ применяется для уменьшения тока замыкания на землю, снижения скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги, уменьшения перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и создания условий для ее самопогасания.

Из рис. 11.1, а видно, что при замыкании фазы на землю обмотка ТН поврежденной фазы оказывается замкнутой накоротко и показания ее вольтметра будут равны нулю. Две другие фазы будут находиться под линейным напряжением, что зафиксируют вольтметры.

В точке замыкания фазы (например, фазы С) на землю проходит ток, равный геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз, то есть

Чем протяженнее сеть, тем больше ее емкость и, следовательно, тем больше ток замыкания на землю, что вытекает из формулы (11.1).

Опасность замыкания фазы на землю состоит в том, что в месте повреждения, как правило, возникает перемежающаяся заземляющая дуга, длительное горение которой при большом емкостном токе приводит к значительному тепловому эффекту с возможным возникновением междуфазных КЗ, а повышение напряжения двух фаз до линейного значения может привести к пробою дефектной изоляции.

В соответствии с требованиями ПТЭ, токи замыкания на землю не должны превышать следующих значений:

В соответствии с требованиями ПУЭ и Типовой инструкцией по компенсации емкостного тока, компенсация должна применяться при следующих значениях емкостного тока замыкания на землю в нормальных режимах работы сети:

в воздушных сетях 6-20 кВ на железобетонных или металлических опорах и во всех сетях 35 кВ — при токе более 10 А;

в воздушных сетях, не имеющих железобетонных или металлических опор:

при напряжении 6 кВ — при токе более 30 А;

при напряжении 10 кВ — более 20 А;

при напряжении 15–20 кВ — более 15 А;

в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор — трансформатор — более 5 А.

Компенсацию допускается применять также в воздушных сетях 6-10 кВ при емкостном токе менее 10 А.

Во избежание превышения указанных значений токов в нейтраль трансформатора включается дугогасящий реактор (рис. 11.1, б), который уменьшает (компенсирует) емкостной ток через место повреждения. При компенсации емкостных токов ВЛ и КЛ могут некоторое время работать с замыканием фазы на землю.

При токе реактора I_p равном емкостному току I_c, имеет место полная компенсация емкостного тока, то есть I_р = I_с = 0, и наступает резонанс токов.

Реактор можно настраивать на работу с недокомпенсацией или перекомпенсацией токов.

Настройка с недокомпенсацией применяется в КЛ и ВЛ, если аварийно возникшая несимметрия емкостей фаз не приводят к возникновению напряжения смещения нейтрали более 0,7 U_ф.

При резонансной настройке ток замыкания на землю минимален и перенапряжения в сети не превышают 2,7 U_ф. С точки зрения гашения дуги резонансная настройка является оптимальной.

В обычном режиме работы сети имеет место несимметрия напряжения, обычно не превышающая допустимое значение 1,5 %.

Следует иметь в виду, что при резонансной настройке напряжение смещения может достичь значений фазных напряжений, что приведет к искажению фазных напряжений и возможному появлению сигнала «земля в сети» при отсутствии замыкания фазы на землю. Расстройка дугогасящего реактора позволяет избежать точки резонанса, снизить напряжение смещения нейтрали и выровнять показания вольтметров.

При отсутствии замыкания на землю допускается смещение нейтрали не более 0,15U_ф.

Ток дугогасящих реакторов регулируется ручным переключением ответвлений с отключением реактора от сети, изменением зазора в магнитной системе при помощи электродвигательного привода без отключения реактора от сети, изменением индуктивности реактора или подмагничиванием постоянным током без отключения реактора от сети.

Автоматизированная компенсированная сеть должна иметь:

дугогасящие реакторы с ручным переключением ответвлений;

подстроечные дугогасящие реакторы с плавным изменением тока компенсации без отключения реактора от сети;

дугогасящие реакторы с автоматическими регуляторами тока компенсации, включающиеся сразу после возникновения замыкания на землю и обеспечивающие резонансную настройку для погашения дуги в месте замыкания.

Перестройка дугогасящих реакторов производится по распоряжению диспетчера, который руководствуется таблицей настройки, составленной для конкретного участка сети на основании результатов измерений токов замыкания на землю, емкостных токов, токов компенсации и напряжений смещения нейтрали.

Дугогасящие реакторы устанавливаются на питающих сеть ПС и подключаются к нейтрали трансформатора через разъединители.

При соединении трансформатора по схеме «звезда — треугольник» реакторы подключают к нейтрали вспомогательных трансформаторов, в качестве которых используются трансформаторы собственных нужд.

Для перевода реактора с одного трансформатора на другой его сначала отключают разъединителем от нейтрали одного трансформатора, а затем подключают разъединителем к нейтрали другого.

О возникновении замыкания на землю персонал узнает по работе сигнальных устройств, а фаза, замкнувшая на землю, устанавливается по показаниям вольтметров контроля изоляции.

В сигнальном устройстве реле контроля изоляции подключается к выводам дополнительной вторичной обмотки ТН, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. При нарушении изоляции фазы на землю на зажимах этой обмотки появляется напряжение нулевой последовательности 3U₀, реле КV (рис. 11.1) срабатывает и подает сигнал.

В сетях с компенсацией емкостных токов схемы сигнализации и контроля работы дугогасящих реакторов подключаются к ТТ реактора или к его сигнальной обмотке. К этой же обмотке подключаются без предохранителей также лампы контроля отсутствия замыкания на землю.

По полученным сигналам на ПС нельзя сразу определить электрическую цепь, на которой произошло замыкание на землю, поскольку отходящие линии электрически связаны между собой на шинах. Для определения цепи, на которой произошло замыкание на землю, применяют избирательную сигнализацию поврежденных участков, основанную на использовании токов переходного процесса замыкания или токов высших гармоник, источником которых являются нелинейные цепи.

Широкое распространение на ПС, питающих кабельную сеть, получили устройства с разделительными фильтрами типов РФ и УСЗ, которые реагируют на высшие гармоники, содержащиеся в токе 3I₀. Их уровень пропорционален емкостному току сети и в поврежденной линии выше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных линий. Данный фактор и является признаком повреждения на той или иной линии.

Стационарные устройства устанавливаются на щитах управления или в коридорах РУ и при помощи переключателей, кнопок или шаговых искателей при появлении в цепи замыкания на землю поочередно подключаются персоналом к ТТ нулевой последовательности, установленным на каждой КЛ.

Поврежденным считается присоединение, на котором при измерении стрелка прибора отклонится на большее число делений, чем при измерениях на других присоединениях.

Если устройства избирательной сигнализации на ПС отсутствуют или не дают желаемых результатов, отыскание поврежденного присоединения производится путем перевода отдельных присоединений с одной системы шин на другую, работающую без замыкания на землю, или путем деления электрической сети в заранее предусмотренных местах. Для отыскания повреждений также пользуются поочередным кратковременным отключением линий с включением их от АПВ или вручную.

Следует знать, что продолжительность непрерывной работы реакторов под током нормирована: от 2 до 8 ч. Поэтому если отыскание замыкания на землю затягивается, то персонал обязан контролировать температуру верхних слоев масла в баке реактора. Максимальное повышение температуры верхних слоев масла допускается до 100 °C.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Особенности обеспечения электробезопасности в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В на горных предприятиях

2.1 Введение

Одним из факторов поражения электрическим током является ухудшение состояния изоляции трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью. до и выше 1000 В. Для повышения эффективности системы электроснабжения необходимо разработать методику определения параметров изоляции при рабочем напряжении.Под эффективностью мы принимаем обеспечение роста электробезопасности и надежности при эксплуатации электроустановок с напряжением до и выше 1000 В. Известный [1] метод определения параметров изоляции «Амперметр-вольтметр» является классическим методом. , поскольку обеспечивает удовлетворительную точность неизвестных величин, но не обеспечивает безопасность труда при производстве электроустановок и снижает надежность электроснабжения промышленных машин и оборудования.Снижение надежности работы электроустановок и уровня электробезопасности при эксплуатации трехфазных электрических сетей до и выше 1000 В определило, что методом «Амперметр-вольтметр» необходимо произвести металлическую цепь фазы сети. на землю и измерьте общий ток однофазного замыкания на землю. Поскольку во время замыкания металлической фазы любой фазы на землю, напряжение двух других фаз сети по отношению к земле достигает линейных значений и, таким образом, может привести к короткому замыканию в многофазной сети, которая работает, что определяет надежность снижение мощности производственного оборудования.Снижение электробезопасности определяется тем, что в металлическом замыкании любой фазы электрической сети и заземления контактное напряжение и ступенчатое напряжение будут иметь максимальное значение, и тем самым обеспечить максимальное увеличение вероятности поражения людей электрическим током.

2.2 Метод определения параметров изоляции в электрической сети с изолированной нейтралью

Представленный в работе [6] метод определения параметров изоляции в трехфазной электрической сети с напряжением изолированной нейтрали выше 1000 В на основе измерения Значения модулей линейного напряжения, напряжения нулевой последовательности и фазного напряжения относительно земли при подключении известной активной дополнительной проводимости между электрической сетью измеряемой фазы и землей, имеют значительную погрешность.Существенная погрешность определяется тем, что при определении параметров изоляции используется значение модуля напряжения нулевой последовательности, а значит, необходимо использовать обмотки трансформатора напряжения, позволяющие выделить остаточное напряжение.

На основе вышеизложенных методов определения параметров изоляции в трехфазной сети с напряжением изолированной нейтрали до и выше 1000 В, что обеспечивает удовлетворительную точность определения неизвестных величин за счет исключения измерения модуля остаточного напряжения , эксплуатационная безопасность электроустановок и надежность электросистемы, в связи с исключением измерений полного тока модуля при однофазном замыкании на землю между фазой сети по отношению к земле.

Метод определения параметров изоляции в трехфазных симметричных сетях напряжением до и выше 1000 В, основанный на измеренных значениях модулей линейного напряжения, фазных напряжений A и C относительно земли после подключения дополнительных активная проводимость между фазой А и заземлением сети.

В результате измерения значений модулей линейного напряжения и фазных напряжений C и A относительно земли с учетом величины дополнительной активной проводимости по математическим формулам определяются:

y = 1.73UlUАUC2 ‐ UA2go, E1

g = 3Ul2Ul2−3UA2UC2 − UA22−10,5go, E2

b = y2 − g20,5, E3

где Ul — линейное напряжение; UА — напряжение фазы А относительно земли; UСis C — фазное напряжение относительно земли; и go — дополнительная активная проводимость.

Разработанный в реализации метод не требует создания специального измерительного прибора, так как измерительные приборы, то есть вольтметры, доступны в сервисном руководстве. Сопротивление ПЭ-200 используется как активная дополнительная проводимость с R = 1000 Ом, где посредством параллельного и последовательного подключения обеспечивается требуемое рассеивание мощности.Для переключения в активный режим ожидания используется переключатель нагрузки с большей проводимостью.

Разработанный метод обеспечивает удовлетворительную точность, прост и безопасен в реализации в трехфазных электрических сетях с напряжением изолированной нейтрали до и выше 1000 В.

2.3 Анализ погрешности метода определения параметров изоляции в электрической сети с изолированной нейтралью

Полученные математические зависимости для определения полной и активной проводимости изоляции электрической сети обеспечивают легкую и безопасную работу электроустановок с напряжением до и выше 1000 В.

Анализ погрешностей разработанного метода определения параметров изоляции в симметричных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, основанный на измерении единичного линейного напряжения, фазных напряжений С и А относительно земли после активного подключения дополнительной проводимости между фазой А и электрической сетью и землей выполняется.

Для повышения эффективности разработанного метода определения параметров изоляции в симметричной трехфазной сети с изолированной нейтралью на основе анализа ошибок для каждой конкретной сети подбирается дополнительная активная проводимость, чтобы обеспечить удовлетворительную точность измерения необходимое количество.

Случайная относительная погрешность определения общей проводимости изоляции и ее компонентов в трехфазных симметричных сетях с напряжением до и выше 1000, исходя из измеренных значений модулей линейного напряжения, фазного напряжения C и A по отношению к заземление после подключения активной дополнительной проводимости между фазой и электрической сетью и землей определяется в соответствии с (1), (2) и (3).

Случайная относительная погрешность определения суммарной проводимости изоляции фаз сети относительно земли определяется по формуле (1):

y = 1.73UlUАUC2 ‐ UA2go,

где Ul, UА, UС и go — значения, определяющие общую проводимость сетевой изоляции и полученные прямым измерением. Относительная среднеквадратичная ошибка определения полной проводимости изоляции фаз сети относительно земли определяется из выражения [28, 29]:

Δy = 1y∂y∂UAΔUA2 + ∂y∂UCΔUC2 + ∂y∂UlΔUl2 + ∂y∂goΔgo20 .5, E4

где ∂y∂UА, ∂y∂UС, ∂y∂Ul и ∂y∂go — частные производные y = f (Ul, UА, UС, go).

Здесь ΔUl, ΔUА, ΔUС, Δgo — абсолютные погрешности прямых измерений величин Ul, UА, UС, g, которые определяются следующими выражениями:

ΔUl = Ul × ΔUl ∗; ΔUС = UС × ΔUС ∗; ΔUА = UА × ΔUА ∗; Δgo = go × Δgo ∗.E5

Для определения погрешностей измерительных приборов примем, что ΔUl ∗ = ΔUА ∗ = ΔUС ∗ = ΔU ∗, где: ΔU ∗ — относительная погрешность цепей измерения напряжения, а Δgо ∗ = ΔR ∗ — относительная погрешность измерения прибор, который измеряет сопротивление между фазой А и землей. Определить функции частных производных y = f (Ul, UА, UС, go) по переменным Ul, UА, UС, go:

∂y∂Ul = 1.73UАUC2 − UA2go; ∂y∂UА = 1.73UlUC2 + UA2UC2− UA22go; ∂y∂UС = −3,46UlUАUСUC2 − UA22go; ∂y∂go = 1.73UlUАUC2 − UA2.E6

Решение уравнения. (4), подставив значения частных производных уравнения. (6) и частные значения абсолютных ошибок (5), в то же время, полагая, что ΔU ∗ = ΔR ∗ = Δ, получаем:

εy = ΔyΔ = 1,73UlUАgoUC2 − UA22 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2 − UA220, 5.E7

Полученное уравнение. (7) делится на формулу. (1):

εy = ΔyΔ = 2 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2 − UA220,5E8

Полученное уравнение. (8) выражается в относительных единицах, и после пересчета получаем:

εy = ΔyΔ = 2 + 4 + 1 + U ∗ 221 − U ∗ 220,5, E9

где U ∗ = UAUC.

Случайная погрешность определения активной проводимости изоляции фаз сети относительно земли определяется по формуле (2):

г = 3Ul2Ul2−3UA2UC2 − UA22−10.5go,

где Ul, UА, UС, и goare значения, определяющие активную проводимость изоляции сети и полученные прямым измерением.

Относительная среднеквадратичная ошибка метода при определении активной проводимости фазовой изоляции электрической сети относительно земли определяется из выражения:

Δg = 1g∂g∂UAΔUA2 + ∂g∂UCΔUC2 + ∂g∂UlΔUl2 + ∂g∂ goΔgo20.5, E10

где ∂g∂UА, ∂g∂UС, ∂g∂Ul и ∂g∂go — частные производные, g = f (Ul, UА, UС, go).

Здесь ΔUl, ΔUА, ΔUС, Δgo — абсолютные погрешности значений прямых измерений Ul, UА, UС и go, которые определяются следующими выражениями:

ΔUl = Ul⋅ΔUl ∗; ΔUС = UС⋅ΔUС ∗; ΔUА = UА⋅ΔUА ∗; Δgo = go⋅Δgo ∗ .E11

Для определения точности измерительных приборов примем, что ΔUl ∗ = ΔUА ∗ = ΔUС ∗ = ΔU ∗, где ΔU ∗ — относительная погрешность цепей измерения напряжения и Δgо ∗ = ΔR ∗ — относительная погрешность измерительного прибора, который измеряет сопротивление, подключенное между электрической фазой A и землей.

Определить частные производные g = f (Ul, UА, UС, go) по переменным Ul, UА, UС и go:

∂g∂Ul = 3Ul2Ul2−3UA22UC2 − UA22go; ∂g∂UА = −3Ul2UА3UC2 + 3UA2−2Ul2UC2 − UA23go; ∂g∂UC = −6Ul2UCUl2−3UА2UC2 − UA23go; ∂g∂go = 3Ul2Ul2−3UA22UC2 − UA2−0.5.E12

Решите уравнение. (10), подставив значения частных производных уравнения. (12) и значения частичных абсолютных ошибок (11), при этом, полагая ΔU ∗ = ΔR ∗ = Δ, получаем:

ΔgΔ = 3goUC2 − UA23UC2 − UA222Ul4Ul2−3UA22 − UC2 − UA24 ++ Ul4UA43UC2 − UA2−2Ul22 + UC4Ul2−3UA220.5E13

Полученное уравнение. (13) разделить на уравнение. (2):

εg = ΔgΔ = 2Ul4Ul2−3UA22 − UC2 − UA243Ul2Ul2−3UA2 − UC2 − UA222 ++ Ul4UA43UC2 − UA2−2Ul22 + UC4Ul2−3UA22UC2 − UA223−2Ul22 + UC4Ul2−3UA22UC2 − UA223−3Ul2U2 получая уравнение. Согласно формуле (14) значение сетевого напряжения выражается через фазные напряжения в соответствии с тем, что Ul = 1.73Uф:

εg = ΔgΔ = 318Uph5Uph3 − UA22 − UC2 − UA2427Uph3Uph3 − UA2 − UC2 − UA222 ++ 3Uph5UA4UC2 − UA2−2Uph32 + UC4Uph3 − UA22UC2 − UA2227Uph3Uph3 − UA2 − UC2 − UA2220.5E15

Упрощая формулу (15), получаем уравнение.(16):

εg = 327Uph3Uph3 − UA2 − UC2 − UA2218Uph5Uph3 − UA22 − UC2 − UA24 ++ 3Uph5UA4UC2 − UA2−2Uph32UC2 − UA22 ++ UC4Uph3 − UA22UC2 − UA220.5E16

Получено. (16) выражается в относительных единицах и после преобразования получаем:

εg = ΔgΔ = 3271 − UA ∗ 2 − ​​UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 22181 − UA ∗ 22 − UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 24 ++ 3UA ∗ 4UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 2−22UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 22 ++ UC ∗ 41 − UA ∗ 22UC2 − UA220.5, E17

где UА ∗ = UAUphand UС ∗ = UСUph.

Метод относительной среднеквадратичной ошибки для определения проводимости фаз емкостной развязки сети относительно земли определяется выражением (3):

Δb = 1b∂b∂yΔy2 + ∂b∂gΔg20.5, E18

или

εb = ΔbΔ = 1 − tan2δ2ΔyΔ2 + ΔgΔ20.5tan2δ.E19

Решение уравнения (19) и подставляя значения математических описаний относительных среднеквадратичных зависимостей полной (8) и активной (16) проводимостей фазовой изоляции электроустановок относительно фазы заземления, получаем следующее уравнение:

εb = ΔbΔ = 1 −tan2δ22 + 4UC4 + UC2 + UA22UC2 − UA22 ++ 927Uph3Uph3 − UA2 − UC2 − UA222 × ··· × 18Uph3Uph3 − UA22 − UC2 − UA24 ++ 3Uph5UA4UC2 − UA2−2Uph32 + UC4Uph3 − UA22UC2 − UAδ9.(21) выражается в относительных единицах и после преобразования получаем:

εb = ΔbΔ = 1 − tan2δ22 + 4UC ∗ 4 + UC ∗ 2 + UA ∗ 22UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 22 ++ 9271 − UA ∗ 2 −UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 222 × ··· × 181 − UA ∗ 22 − UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 24 ++ 3UA ∗ 4UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 2−22 + UC ∗ 41 − UA ∗ 22UC ∗ 2 − ​​UA ∗ 22tan2δ0 .5.E21

По результатам случайных относительных среднеквадратических ошибок определения активной, емкостной и полной проводимости изоляции фаз сети относительно земли построить зависимость:

εy = Δy ∗ Δ = fU ∗;

εg = Δg ∗ Δ = fUА ∗ UС ∗;

εb = Δb ∗ Δ = fUA ∗ UC ∗ tanδ,

показано на рисунках 1–3.Математические зависимости относительных среднеквадратичных ошибок суммарной — εy, активной — εg и емкостной — εb проводимостей фазовой изоляции электрической сети с изолированной нейтралью на графических иллюстрациях (рисунки 1–3) характеризуют изменение погрешности в зависимости от величины дополнительная активная проводимость gо, которая вставляется между фазой A электрической сети и землей.

Рисунок 1.

Анализ погрешности определения полной проводимости сетевой изоляции.

Рисунок 2.

Анализ погрешности определения активной проводимости сетевой изоляции. UC ∗ = 1,1; 1,2; 1,3; 1.4.

Рисунок 3.

Анализ погрешности определения емкостной проводимости изоляции сети при tg δ = 1,0. UC ∗ = 1,1; 1,2; 1,3; 1.4.

При определении параметров изоляции в симметричной трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью на основе метода анализа ошибок для каждой конкретной сети выберите дополнительную активную проводимость, чтобы обеспечить требуемую удовлетворительную точность.

При определении суммарной проводимости изоляции фаз сети относительно земли выбрана такая дополнительная активная проводимость, значения находились в пределах U * = 0,2–0,8, при этом, как показано на рисунке 1, погрешность не превышает 5%. при использовании средств измерений с классом точности 1,0 и 2,5% при использовании средств измерений с классом точности 0,5.

При определении значения активной проводимости в трехфазной электрической сети с напряжением изолированной нейтрали до 1000 В и выше выбирайте это дополнительное gо так, чтобы UА ∗ = 0.2–0,8, при UС ∗ = 1,1–1,6, то исходя из графических иллюстраций рисунка 2 погрешность не превышает 3,5% при использовании средств измерений с классом точности 1,0.

При определении емкостной проводимости изоляции фаз сети относительно земли выбор дополнительной активной проводимости gо на основе графических иллюстраций рисунка 3 так, чтобы UА ∗ = 0,2–0,8, при UС ∗ = 1,1–1,6, при tan δ = 1,0, обеспечить погрешность до 4% при использовании средств измерений с классом точности 1.0.

Следует отметить, что при использовании средств измерений с классом точности 0.5, погрешности εy — общие, εg — активные, εb — емкостные проводимости изоляции уменьшены вдвое, чтобы обеспечить более надежные данные при определении параметров изоляции разработанным методом.

По результатам исследований профессора Л. Гладилина разработан метод определения параметров изоляции в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В (метод амперметра-вольтметра) [1]. Недостатком метода амперметра-вольтметра является производство измерения тока однофазного замыкания на землю при исследовании трехфазной электросети с изолированной нейтралью.При измерении тока однофазного замыкания на землю в трехфазной электросети величина фазного напряжения равна нулю. Напряжения двух других фаз достигают линейного значения, это может привести к двух- или трехфазному короткому замыканию, и это аварийный режим работы. Это приводит к перебоям в питании, а также к увеличению контактного напряжения, что опасно при работе горных машин и систем [1].

Разработанная методика обеспечивает удовлетворительную точность при определении параметров изоляции, а также простоту и безопасность производственных работ в существующих электроустановках напряжением до и выше 1000 В.

.

Влияние плавающей нейтрали в распределительной сети

Введение:

• Если нейтральный проводник размыкается, разрывается или ослабляется на одной из сторон источника (распределительный трансформатор, генератор или на стороне нагрузки (распределительная панель потребителя), нейтральный проводник распределительной системы «плавает» или теряет свою контрольную точку заземления. Состояние нейтрали может привести к тому, что напряжения будут плавно достигать максимального значения, равного среднеквадратичному значению фазового напряжения относительно земли, в зависимости от состояния несимметричной нагрузки.
• Состояние плавающей нейтрали в электросети имеет разное влияние в зависимости от типа источника питания, типа установки и балансировки нагрузки в распределительной сети. Обрыв нейтрали или ослабленная нейтраль могут повредить подключенную нагрузку или создать опасное напряжение прикосновения к корпусу оборудования. Здесь мы пытаемся понять состояние плавающей нейтрали в системе распределения T-T.

Что такое плавающая нейтраль?

• Если точка звезды несимметричной нагрузки не соединена с точкой звезды ее источника питания (распределительного трансформатора или генератора), то фазное напряжение не остается одинаковым для каждой фазы, а изменяется в зависимости от несимметричной нагрузки.
• Поскольку потенциал такой изолированной точки звезды или нейтральной точки всегда изменяется и не фиксируется, это называется плавающей нейтральной точкой.

Нормальное питание и состояние плавающей нейтрали

Нормальное состояние питания:

• В трехфазных системах точка звезды и фазы стремятся «уравновесить» балансировку на основе отношения утечки на каждой фазе к земле. Точка звезды будет оставаться близкой к 0 В в зависимости от распределения нагрузки и последующей утечки (более высокая нагрузка на фазе обычно означает более высокую утечку).
• Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, поддерживая при этом однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).

• 3-фазная 3-проводная система:
• Три фазы обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в электроэнергетических системах.Во-первых, фазные токи имеют тенденцию гасить друг друга (суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки). Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях. Во-вторых, передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку постоянна.
• 3-фазная 4-проводная система для смешанной нагрузки:
• Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо не поступает в жилые дома, либо распределяется на главном распределительном щите.
• Текущий закон Кирхгофа гласит, что сумма со знаком токов, входящих в узел, равна нулю.Если нейтральная точка является узлом, то в сбалансированной системе одна фаза соответствует двум другим фазам, в результате чего ток через нейтраль отсутствует. Любой дисбаланс нагрузки приведет к протеканию тока на нейтрали, так что сумма будет равна нулю.
• Например, в сбалансированной системе ток, входящий в нейтральный узел с одной стороны фазы, считается положительным, а ток, входящий (фактически выходящий) из нейтрального узла с другой стороны, считается отрицательным.
• Это усложняется в трехфазном питании, потому что теперь мы должны учитывать фазовый угол, но концепция в точности та же.Если мы соединены звездой с нейтралью, то нейтральный проводник будет иметь нулевой ток на нем только в том случае, если три фазы имеют одинаковый ток на каждой. Если мы проведем векторный анализ этого, сложив sin (x), sin (x + 120) и sin (x + 240), мы получим ноль.
• То же самое происходит, когда мы соединены треугольником, без нейтрали, но затем возникает дисбаланс в распределительной системе, за пределами сервисных трансформаторов, потому что распределительная система обычно соединяется звездой.
• Нейтраль никогда не должна быть подключена к заземлению, за исключением той точки обслуживания, где нейтраль изначально заземлена (на распределительном трансформаторе). Это может настроить землю как путь, по которому ток будет возвращаться к службе. Любой разрыв в цепи заземления может привести к возникновению потенциала напряжения. Заземление нейтрали в трехфазной системе помогает стабилизировать фазные напряжения. Незаземленную нейтраль иногда называют «плавающей нейтралью», и ее применение ограничено.

Плавающее нейтральное состояние:

• Электроэнергия течет в помещения клиентов и из распределительной сети, поступая через Фазу и покидая нейтраль.В случае обрыва нейтрального обратного пути электричество может двигаться по другому пути. Поток энергии, поступающий в одну фазу, возвращается через оставшиеся две фазы. Нейтральная точка не находится на уровне земли, но находится на уровне напряжения сети. Эта ситуация может быть очень опасной, и клиенты могут серьезно пострадать от поражения электрическим током, если они коснутся чего-либо, где присутствует электричество.

• Обрыв нейтрали бывает трудно обнаружить, а в некоторых случаях нелегко идентифицировать.Иногда на сломанные нейтрали могут указывать мерцающие огни или покалывание. Если в вашем доме мерцает свет или постукивает по телефону, вы можете получить серьезные травмы или даже смерть.

Измерение напряжения между нейтралью и землей:

• Практическое правило, используемое многими в отрасли, заключается в том, что напряжение между нейтралью и землей 2 В или менее на розетке в порядке, а несколько вольт или более указывают на перегрузку; 5V рассматривается как верхний предел.
• Низкое показание : Если напряжение нейтрали относительно земли в розетке низкое, значит система исправна. Если оно высокое, то вам все равно необходимо определить, в основном ли проблема на уровне ответвленной цепи или на уровне панели.
• Напряжение нейтрали относительно земли существует из-за падения ИК-излучения тока, проходящего через нейтраль, обратно к заземлению нейтрали. Если система подключена правильно, не должно быть заземления нейтрали, за исключением трансформатора источника (в том, что NEC называет источником раздельно производной системы или SDS, который обычно является трансформатором). В этой ситуации в заземляющем проводе не должно быть тока и, следовательно, на нем не должно падать ИК-излучение. Фактически, заземляющий провод используется в качестве длинного тестового провода, ведущего обратно к заземлению нейтрали.
• Высокое показание: Высокое показание может указывать на общую нейтраль ответвления, то есть нейтраль, совместно используемую более чем одной ответвленной цепью. Эта общая нейтраль просто увеличивает возможность перегрузки, а также воздействия одной цепи на другую.
• Нулевое показание: Определенное значение напряжения нейтрали относительно земли является нормальным для нагруженной цепи. Если показание стабильно близко к 0В. Есть подозрение на незаконное соединение нейтрали с землей в розетке (часто из-за потери жилы нейтрали, касающейся какой-либо точки заземления) или на субпанели.Любые соединения нейтрали с землей, кроме тех, которые находятся у источника трансформатора (и / или главной панели), должны быть удалены, чтобы предотвратить обратные токи, протекающие через заземляющие провода.

Различные факторы, вызывающие смещение нейтрали:

• Есть несколько факторов, которые определяют как причину смещения нейтрали. Влияние плавающей нейтрали зависит от позиции, в которой нейтраль нарушена

1) На трехфазном распределительном трансформаторе:

• Неисправность нейтрали трансформатора — это, в основном, отказ втулки нейтрали.
• Использование линейного ответвителя на вводе трансформатора определяется как основная причина выхода из строя нейтрального провода на вводе трансформатора. Гайка на линии со временем ослабляется из-за вибрации и разницы температур, что приводит к горячему соединению. Проводник начал плавиться и в результате оборвался нейтраль.
• Плохое качество монтажа и технического персонала также является одной из причин отказа нейтрали.
• Обрыв нейтрали на трех фазах трансформатора вызывает скачок напряжения до линейного напряжения в зависимости от балансировки нагрузки в системе.Этот тип нейтрали может повредить оборудование пользователя, подключенное к источнику питания.
• В нормальных условиях ток течет от фазы к нагрузке к нагрузке обратно к источнику (распределительный трансформатор). При обрыве нейтрали ток из красной фазы вернется в синюю или желтую фазу, в результате чего между нагрузками будет напряжение между линиями.
• У некоторых клиентов будет повышенное напряжение, а у других — низкое.

2) Обрыв верхнего нулевого провода в линии низкого напряжения:

• Удар обрыва провода нейтрали на воздушном распределении низкого напряжения будет аналогичен удару обрыва трансформатора.
• Плавающее напряжение питания до линейного напряжения вместо фазного напряжения. Этот тип неисправности может повредить оборудование пользователя, подключенное к источнику питания.

3) Неисправность нейтрального провода:

• Сломанная нейтраль сервисного проводника приведет только к отключению электропитания в точке обслуживания. Никаких повреждений клиентскому оборудованию.

4) Высокое сопротивление заземления нейтрали распределительного трансформатора:

• Хорошее сопротивление заземления Заземление Нейтраль обеспечивает путь с низким сопротивлением для утечки тока нейтрали в землю.Высокое сопротивление заземления может обеспечить путь высокого сопротивления для заземления нейтрали на распределительном трансформаторе.
• Ограничьте сопротивление заземления достаточно низким, чтобы обеспечить достаточный ток короткого замыкания для срабатывания защитных устройств во времени и уменьшить смещение нейтрали.

5) Перегрузка и разбалансировка нагрузки:

• Распределительная сеть Перегрузка в сочетании с плохим распределением нагрузки является одной из основных причин отказа нейтрали.
• Нейтраль должна быть правильно спроектирована так, чтобы минимальный ток проходил через нейтральный провод. Теоретически предполагается, что ток в нейтрали равен нулю из-за отмены из-за сдвига фаз фазного тока на 120 градусов.
• IN = IR <0 + IY <120 + IB <-120.
• В перегруженной несбалансированной сети много тока будет протекать через нейтраль, которая разрывает нейтраль в самой слабой точке.

6) Общие нейтральные

• В некоторых зданиях разводка проводов так, что две или три фазы имеют общую нейтраль.Первоначальная идея заключалась в том, чтобы продублировать на уровне ответвления четырехпроводную (три фазы и нейтраль) разводку панелей управления. Теоретически на нейтраль вернется только несимметричный ток. Это позволяет одной нейтрали выполнять работу для трех фаз. Этот способ подключения быстро зашел в тупик с ростом однофазных нелинейных нагрузок. Проблема в том, что ток нулевой последовательности
• От нелинейных нагрузок, в первую очередь третьей гармоники, складывается арифметически и возвращается на нейтраль.Помимо потенциальной проблемы безопасности из-за перегрева нейтрали меньшего размера, дополнительный ток нейтрали создает более высокое напряжение нейтрали относительно земли. Это напряжение нейтрали к земле вычитается из напряжения линии на нейтраль, доступного для нагрузки. Если вы начинаете чувствовать, что общие нейтралы — одна из худших идей, когда-либо воплощенных в меди.

7) Плохое качество изготовления и обслуживания:

• Обычно обслуживающий персонал не уделяет внимания сетям низкого напряжения.Ослабленная или ненадлежащая затяжка нейтрального проводника повлияет на непрерывность нейтрали, что может вызвать плавание нейтрали.

Как определить состояние плавающей нейтрали на панели:

• Давайте рассмотрим один пример, чтобы понять состояние нейтрального плавающего положения. У нас есть трансформатор, вторичная обмотка которого соединена звездой, фаза к нейтрали = 240 В и фаза к фазе = 440 В.

Условие (1): нейтраль не плавающая

• Независимо от того, заземлена ли нейтраль, напряжения остаются неизменными: 240 В между фазой и нейтралью и 440 В между фазами.Нейтраль не плавает.

Условие (2): нейтраль — плавающая

• Все устройства подключены: Если нейтральный провод цепи отсоединяется от основной панели электропитания дома, в то время как фазный провод цепи остается подключенным к панели, а в цепи есть приборы, подключенные к розеткам. В этой ситуации, если вы поместите тестер напряжения с неоновой лампой на нейтральный провод, он будет светиться так же, как если бы он был под напряжением, потому что на него подается очень небольшой ток, идущий от фазового источника через подключенное устройство ( s) к нейтральному проводу.
• Все приборы отключены: Если вы отключите все приборы, освещение и все остальное, что может быть подключено к цепи, нейтраль больше не будет казаться находящейся под напряжением, потому что от нее больше нет пути к фазовому питанию.
• Междуфазное напряжение: Измеритель показывает 440 В переменного тока. (Не влияет на 3-фазную нагрузку)
• Напряжение между фазой и нейтралью: Измеритель показывает от 110 В до 330 В переменного тока.
• Напряжение нейтрали относительно земли: Счетчик показывает 110 В.
• Напряжение между фазой и землей: Измеритель показывает 120 В.
• Это происходит потому, что нейтраль «плавает» над потенциалом земли (110 В + 120 В = 230 В переменного тока). В результате выход изолирован от системного заземления, а полный выход 230 В устанавливается между линией и нейтралью без заземления.
• Если внезапно отключить нейтраль от нейтрали трансформатора, но оставить цепи нагрузки такими, какие они есть, тогда нейтраль на стороне нагрузки станет плавающей, поскольку оборудование, которое подключено между фазой и нейтралью, станет между фазой и фазой (R — Y, Y — B). , и поскольку они не имеют одинаковых номиналов, полученная в результате искусственная нейтраль будет плавающей, так что напряжения, присутствующие на различном оборудовании, больше не будут составлять 240 В, а будут где-то между 0 (не совсем) и 440 В (также не совсем). .Это означает, что на одной линии от фазы к фазе у некоторых будет меньше 240 В, а у других — почти до 415 В. Все зависит от импеданса каждого подключенного элемента.
• В системе с дисбалансом, если нейтраль отключена от источника, нейтраль становится плавающей нейтралью и смещается в такое положение, чтобы она была ближе к фазе с более высокими нагрузками и от фазы с меньшей нагрузкой. Предположим, что несимметричная трехфазная система имеет нагрузку 3 кВт в фазе R, нагрузку 2 кВт в фазе Y и нагрузку 1 кВт в фазе B.Если нейтраль этой системы отключена от сети, плавающая нейтраль будет ближе к R-фазе и дальше от B-фазы. Таким образом, нагрузки с фазой B будут испытывать большее напряжение, чем обычно, а нагрузки с фазой R будут испытывать меньшее напряжение. Нагрузки в фазе Y будут испытывать почти одинаковое напряжение. Выключатель нейтрали для несбалансированной системы опасен для нагрузок. Из-за более высокого или более низкого напряжения наиболее вероятно повреждение оборудования.
• Здесь мы видим, что состояние нейтрального плавающего положения не влияет на 3-фазную нагрузку, а влияет только на 1-фазную нагрузку

Как исключить нейтральное плавающее положение:

• Есть некоторые моменты, которые необходимо учитывать, чтобы предотвратить нейтральное смещение.

a) Используйте 4-полюсный выключатель / ELCB / RCBO в распределительной панели:

• Плавающая нейтраль может стать серьезной проблемой. Предположим, у нас есть панель выключателя с трехполюсным выключателем для трех фаз и шиной для нейтрали для трехфазных входов и нейтрали (здесь мы не использовали четырехполюсный выключатель). Напряжение между каждой фазой — 440, а напряжение между каждой фазой и нейтралью — 230. У нас есть одиночные выключатели, питающие нагрузки, требующие 230 вольт. Эти нагрузки 230 В имеют одну линию, питаемую от выключателя и нейтраль.
• Теперь предположим, что нейтраль отсоединилась, или окислилась, или каким-то образом отсоединилась в панели или, возможно, даже отключилась от источника питания. Нагрузки 440 В не будут затронуты, однако нагрузки 230 В могут иметь серьезные проблемы. В этом состоянии «плавающая нейтраль» вы обнаружите, что одна из двух линий упадет с 230 В до 340 или 350, а другая линия упадет до 110 или 120 вольт. Половина вашего оборудования на 230 В будет повышена из-за перенапряжения, а другая половина не будет работать из-за низкого напряжения.Так что будьте осторожны с плавающими нейтралами.
• Просто используйте ELCB, RCBO или 4-полюсный автоматический выключатель в качестве дохода в 3-фазной системе питания, поскольку при размыкании нейтрали отключится все питание без повреждения системы.

b) Использование стабилизатора напряжения:

• Каждый раз, когда нейтраль выходит из строя в трехфазной системе, подключенные нагрузки будут подключаться между фазами благодаря плавающей нейтрали. Следовательно, в зависимости от сопротивления нагрузки на этих фазах, напряжение продолжает изменяться от 230 В до 400 В.Подходящий сервостабилизатор с широким диапазоном входного напряжения с отсечкой по верхнему и нижнему пределу может помочь в защите оборудования.

c) Хорошее качество изготовления и техническое обслуживание:

• Дайте более высокий приоритет техническому обслуживанию сети низкого напряжения. Затяните или примените соответствующий крутящий момент для затяжки нейтрального провода в системе низкого напряжения

Заключение:

• Состояние сбоя «плавающая нейтраль» (отключенная нейтраль) — ОЧЕНЬ НЕ БЕЗОПАСНО , потому что, если устройство не работает, и кто-то, кто не знает о «плавающем» нейтральном проводе, может легко прикоснуться к нейтральному проводу, чтобы узнать, почему устройства не работают, когда они подключены в цепь и получите сильный шок.Однофазные устройства спроектированы так, чтобы работать с нормальным фазным напряжением, когда они получают линейное напряжение. Устройства могут повредить. Неисправность отключенной нейтрали является очень небезопасным состоянием и должна быть устранена как можно раньше путем поиска неисправностей конкретных проводов для проверки, а затем правильного подключения.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

.