Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью: Установившийся режим однофазного замыкания на землю в сетях с изолированными нейтралями.

Установившийся режим однофазного замыкания на землю в сетях с изолированными нейтралями.

Установившиеся токи замыканий на землю определяются режимом работы нейтрали электрических систем. В сетях с изолированной нейтралью установившиеся значения токов в точке повреждения при однофазных замыканиях обычно не превышают нескольких десятков ампер. Если нейтраль заземлить через дугогасящий реактор, то ток замыкания на землю при соответствующей настройке реактора можно значительно уменьшить. В связи с этим выполнение токовой защиты от однофазных замыканий на землю в таких сетях, реагирующей на установившиеся токи замыкания, вызывает определенные трудности. Это приводит к необходимости создания защит, действующих в зависимости от токов переходных процессов при замыканиях на землю, а также устройств, реагирующих на высшие гармонические, содержащиеся в токе замыкания на землю; используются также токовые направленные и другие защиты.

В сетях переменного тока при нормальной работе наряду с рабочими токами нагрузки по фазам проходят токи, обусловленные равномерно распределенными по длине проводов емкостями фаз относительно земли. Если не учитывать токи нагрузки, то напряжения во всех точках сети можно считать одинаковыми, так как емкостные токи малы и падением напряжения в проводах от этих токов можно пренебречь. При этом напряжения фаз относительно земли равны соответствующим фазным напряжениям U _A , U _В , U _С относительно нейтрали системы, а распределенные емкости фаз эквивалентной схеме можно заменить конденсаторами С_А, С_В, С_С (рис. 13.1, а).

Рис. 13.1. Режимы сети с изолированной нейтралью и векторные диаграммы токов и напряжений

Место присоединения конденсаторов на емкостные токи практически не влияет, так как индуктивное и активное сопротивления линии ничтожно малы по сравнению с сопротивлением емкости фазы относительно земли. В симметричной трехфазной сети C_А=С_В=C_С=C. В связи с отсутствием падения напряжения в проводах напряжения U _A , U _B , U _С равны соответствующим ЭДС источника питания, а их векторы образуют симметричную звезду фазных напряжений (рис. 13.1, б). В результате напряжение нейтрали системы N относительно земли равно нулю, а через сосредоточенные емкости проходят равные токи, опережающие по фазе соответствующие напряжения на углы π/2 и образующие симметричную систему токов:

I _A = jU_A / jX_C = jωCU_A ; I _В = jωCU _В ; I _С = jωCU _С .

При замыкании какой-либо фазы на землю в сетях с изолированными нейтралями напряжения фаз относительно земли изменялся, оставаясь неизменными относительно нейтрали системы N. Так, при металлических замыканиях на землю, например, фазы А (рис. 13.1, в) она получает потенциал земли (U _A⁽¹⁾ = 0). В связи с этим напряжения двух других фаз и нейтрали N относительно земли становятся напряжениями относительно замкнувшейся на землю фазы А (рис. 13.1, г):

U _AB =U_B⁽¹⁾; U _СА =U _С⁽¹⁾ ; U_NA=U_NA⁽¹⁾=-U_A;

Так как междуфазные напряжения остаются при этом неизменными, то напряжения неповрежденных фаз В и С относительно земли повышаются в  раз.

Систему двух векторовU _B⁽¹⁾ и U _C⁽¹⁾ можно разложить на составляющие прямой U ₁^{(1)и нулевой U ₀(1) последовательностей (рис. 13.1, д).}

Действительно, при U _A⁽¹⁾ =0

U _1A⁽¹⁾ =( aU_B⁽¹⁾ + a ²U _C⁽¹⁾ )/3= U _A ;

U _0А⁽¹⁾ = U _0В⁽¹⁾ = U _0С⁽¹⁾ = U _ок⁽¹⁾ =( U _B⁽¹⁾ + U _С⁽¹⁾ )/3=- U _А ;

U _2A⁽¹⁾ =( a ²U _B⁽¹⁾ + aU_C⁽¹⁾ )/3=0.

Таким образом, при металлическом замыкании на землю в сети появляется напряжение нулевой последовательности U _0к⁽¹⁾, которое, как и напряжение смещения нейтрали U _Nк⁽¹⁾ равно по абсолютному значению и противоположно по фазе напряжению, которое имеет поврежденная фаза относительно эемли при нормальной работе (напряжению относительно нейтрали системы) Напряжение прямой последовательности равно напряжению фаз относительно земли при нормальной работе Вследствие этого изменение напряжения фаз при замыкании на землю можно рассматривать как результат наложения напряжений нулевой последовательности U _0к⁽¹⁾ на напряжение фаз сети при ее нормальной работе.

Замыкания на землю обычно происходят через переходные активные сопротивления. При этом напряжение поврежденной фазы относительно земли не снижается до нуля, а напряжения неповрежденных фаз относительно земли становятся больше фазного, но меньше междуфазного. В связи с этим напряжение смещения нейтрали и напряжение нулевой последовательности получаются меньше фазного напряжения. Это уменьшение характеризуется коэффициентом полноты замыкания на землю: β= U _0к^(l) / U _ф ≤1.

Изменения фазных напряжений и появление напряжения нулевой последовательности можно использовать для выполнения защиты от замыкания на землю. Одновременно с изменением фазных напряжений изменяются и полные фазные токи. Токи неповрежденных фаз замыкаются через точку К⁽¹⁾ и поврежденную фазу, образуя ток I _з^{(1)(рис. 13.1, в).}

При металлическом замыкании на землю ток в емкости поврежденной фазы С_А отсутствует, так как напряжение поврежденной фазы относительно земли равно нулю. Токи I _B⁽¹⁾ , I _C⁽¹⁾ неповрежденных фаз определяются напряжениями фаз В и С относительно земли:

(13.1)

При условном положительном направлении токов I _B⁽¹⁾ , I _C⁽¹⁾ и I _з⁽¹⁾, показанном на рис. 13.1, в, I _з⁽¹⁾ =-( I _B⁽¹⁾ + I _С⁽¹⁾ ) или с учетом (13.1) и соотношения I _B⁽¹⁾ + I _С⁽¹⁾ =-3 U _A

I _з⁽¹⁾ =-( j ω CU_B⁽¹⁾ + jωCU_C⁽¹⁾ )= j 3 ωCU_A              (13.2)

Полученный ток I _з⁽¹⁾ опережает по фазе напряжение U _A на угол π /2 и не зависит от расположения точки повреждения. Таким образом, при металлическом замыкании на землю фазы А токи через емкости неповрежденных фаз увеличиваются в  раз, а ток I _з⁽¹⁾ , проходящий через место повреждения в землю, равен утроенному значению емкостного тока фазы А при нормальной работе.

Для практических расчетов тока I _з⁽¹⁾ (А) воздушных и кабельных линий пользуются упрощенными формулами

I _з⁽¹⁾ ≈ Ul /350; I _з⁽¹⁾ = Ul /10,            (13.3)

где U — линейное напряжение, кВ; l — длина электрически связанной сети, км.

Токи I _з⁽¹⁾ , I _B⁽¹⁾ и I _С⁽¹⁾ проходят в соответствующих фазах поврежденной линии на участке между источником питания и местом присоединения конденсаторов эквивалентной схемы (рис. 13.1, в). Они представляют собой уравновешенную систему трех векторов, не содержащую токов нулевой последовательности (I _з⁽¹⁾ + I _B⁽¹⁾ + I _С⁽¹⁾ =0) (рис. 13.2, б). На участке же между точкой повреждения K⁽¹⁾ и местом присоединения конденсаторов проходит только ток I _з⁽¹⁾ по поврежденной фазе (см. рис. 13.1, в). Поэтому здесь наряду с токами прямой и обратной последовательностей проходит ток нулевой последовательности I ₀⁽¹⁾ = I _з⁽¹⁾ /3 (рис. 13.2, в). Пути замыкания токов нулевой последовательности показаны на рис. 13.2, а.

На рис. 13.2, г показана в однофазном исполнении схема сети, состоящей из трех линий Л1—Л3, подключенных к шинам генераторного напряжения. При замыкании на землю, например в точке K⁽¹⁾, через место повреждения проходит ток I _з⁽¹⁾ , обусловленный не только емкостью поврежденной линии C ₀₁, но и емкостями неповрежденных линий С₀₂ и С₀₃, т. е.

I _з⁽¹⁾ =3I₀₁⁽¹⁾+3I₀₂⁽¹⁾+3I₀₃⁽¹⁾                (13. 4)

где I₀₁⁽¹⁾=jωC₀₁U _ф , I₀₂⁽¹⁾=jωC₀₂U _ф , I₀₃⁽¹⁾=jωC₀₃U _ф .

При этом распределение токов нулевой последовательности в системе таково, что при условном направлении тока I _з⁽¹⁾ к месту повреждения токи нулевой последовательности неповрежденных линий 3 I ₀₂⁽¹⁾ и 3 I ₀₃⁽¹⁾ , проходя через емкости С₀₂и С₀₃, направляются к шинам подстанции и далее по поврежденной линии от шин к месту замыкания K⁽¹⁾. Ток 3I ₀₁⁽¹⁾ , как и ток в случае одиночной линии, проходит по участку между местом повреждения и точкой присоединения конденсатора C ₀₁ Таким образом, от шин по поврежденной линии направляется ток нулевой последовательности I _{0 эк}⁽¹⁾ , определяемый емкостью всех неповрежденных линий:

I _{0 эк}⁽¹⁾ =I₀₂⁽¹⁾+I₀₃⁽¹⁾=jωU _ф ( С ₀₂ + С ₀₃ )=jωC_{0 эк}U _ф       (13.5)

Рис. 13.2. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью и векторные диаграммы токов

В случае замыкания на землю на линии Л2 или ЛЗ по линии Л1 (неповрежденной) к шинам проходит ток 3 I₀₁^{( 1)} . Если I _{0 эк}⁽¹⁾ > I ₀₁⁽¹⁾, то на линии Л1 в качестве защиты от замыкания на землю можно использовать токовую защиту нулевой последовательности.

Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью — Мегаобучалка

Схема замещения для анализа режима замыкания фазы на землю. Токи и напряжения при замыканиях на землю. Основные требования к защите. Принципы выполнения защиты от замыканий на землю. Принцип работы фильтров напряжения нулевой последовательности (ФННП) и фильтров тока нулевой последовательности (ФТНП). Размещение защит и выбор ее параметров срабатывания. Защита компенсированной сети. [1, 2, 3, 11, 13, 19].

Методические указания

В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной фазы на землю не вызывает к.з., так как в этом случае ЭДС поврежденной фазы не шунтируется накоротко, а только закорачивается емкостью (фаза – земля) этой фазы. Возникающий при этом в месте повреждения ток замыкается через емкость проводов «здоровых» фаз относительно земли и имеет небольшую величину (до нескольких десятков ампер). Поэтому снижения напряжения в сети не происходит. Однако фазное напряжение «здоровых» фаз относительно земли повышается до междуфазного. Линейные напряжения остаются неизменными. Чтобы все это усвоить и представить наглядно, нужно разобраться в векторных диаграммах токов и напряжений в нормальном и ненормальном режимах.

Однофазное замыкание на землю не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Поэтому в отличие от к.з. замыкания на землю не требуют немедленной ликвидации. Однако этот вид повреждения создает перенапряжение, что представляет опасность с точки зрения нарушения изоляции «здоровых» фаз и возможность перехода однофазного замыкания в междуфазное к.з. Защиту от рассматриваемых повреждений принято выполнять с действием на сигнал.

Известна общая селективная сигнализация замыкания на землю в сети без указания поврежденного участка, реагирующая на появление (3U₀). В качестве селективных защит от замыканий на землю, указывающих поврежденный участок, применяются токовые, реагирующие на 3I₀. Для выполнения защиты в качестве фильтра нулевой последовательности используется специальный ТТ нулевой последовательности (ТТНП) особой конструкции. В таком однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью ТТНП, ток 3I₀ получается магнитным суммированием от первичных токов трех фаз.

Нужно усвоить, что ток 3I₀ в поврежденном присоединении (фидере) отличается от тока 3I₀в неповрежденных фидерах абсолютным значением и направлением.

Если собственные емкостные токи нулевой последовательности отдельных присоединений соизмеримы с полным емкостным током сети, то токовая защита неприменима. В этом случае используются направленные защиты. В качестве подведенных к реле направления мощности величин используются 3U₀ и 3I₀. Нужно хорошо усвоить выбор параметров рассматриваемых защит, проверку чувствительности и размещение комплектов защиты, как для радиальных сетей, так и для кольцевых.

Иногда используются защиты, реагирующие на токи неустановивше­гося режима, а также на высшие гармонические в токе нулевой последовательности.

В компенсированных сетях результирующий ток 3I₀ поврежденного участка содержит больше гармоник, чем ток в неповрежденных присоединениях. Именно на этом различии основаны защиты в таких сетях.

В последнее время нашел применение способ защиты с наложенным током частотой более 50 Гц. Цифровые защиты и их исполнение.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается основная особенность защиты сетей с изолированной нейтралью?

2. Постройте векторные диаграммы токов и напряжений в нормальном режиме и при замыканиях на землю.

3. Какие принципы действия защит от замыканий на землю Вы знаете?

4. Какими недостатками обладают трехтрансформаторные фильтры токов 3I₀?

5. В чем преимущество однотрансформаторных фильтров 3I₀?

6. Каким образом можно исключить влияние токов, проходящих по броне кабелей, на работу защиты?

7. В каких случаях используется направленная защита нулевой последовательности?

8. На каких принципах основана защита от замыкания на землю в компенсированных сетях?

9. Как работают защиты, реагирующие на высшие гармонические (УСЗ -2/2; УСЗ – ЗМ)?

10. Как устроено реле на ИМС РТЗ — 51?

11. Направленные защиты: направленная защита ЗЗП и импульсное реле мощности.

12. Как работают защиты, реагирующие на токи переходного процесса?

13. Как устроены приборы поиска точки замыкания «Квант», «Спектр»? Технология поиска точки замыкания.

Дистанционная защита

Назначение, общие принципы осуществления защиты. Реле сопротивления (характеристики срабатывания, принципы выполнения, схемы включения). Пусковые органы. Схемы защиты. Выбор уставок дистанционной защиты. [1, 2, 3, 5, 9, 11, 22].

Методические указания

В дистанционной защите измерительный орган (реле сопротивления) измеряет величину сопротивления, отделяющее точку к.з. до места подключения реле. Это сопротивление пропорционально расстоянию (дистанции) до точки к.з. В качестве меры дистанции в современных защитах используется величина сопротивления на зажимах дистанционного органа (реле сопротивления) Z_р=U_р/I_р, где U_p и I_p соответственно напряжение, подведенное к реле, и ток, которым оно обтекается. В нормальном режиме сопротивление Z_p имеет максимальную величину и уменьшается по мере приближения точки короткого замыкания к месту установки защиты из-за снижения U_p и увеличения I_p. При этом уменьшают и время срабатывания защиты. Применяют три ступени выдержки времени.

Так как Z_p является комплексной величиной, то работу реле сопротивления удобно анализировать в осях R, jX. Характеристика срабатывания реле сопротивления в комплексной плоскости представляет собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию Z_p ≥ Z_ср, где Z_ср вектор сопротивления срабатывания реле. В зависимости от вида характеристики срабатывания различают следующие виды реле: ненаправленное реле полного сопротивления, направленное реле сопротивления, реле сопротивления со смещенной характеристикой, реле с эллиптической характеристикой. Необходимо разобраться в принципах выполнения реле сопротивления.

Реле сопротивления подключаются к ТТ и ТН таким образом, чтобы Z_р было пропорционально расстоянию до места короткого замыкания и не зависело от вида повреждения. Для этого в защитах, реагирующих на многофазные короткие замыкания, реле сопротивления включаются на линейные напряжения и разности фазных токов, одноименные с напряжением. Указанное условие выполняется и при коротких замыканиях на землю (в том числе и двойных замыканиях на землю), если реле сопротивления включены на фазные напряжения по схеме с токовой компенсацией.

В отечественной практике нашли применение ступенчатые дистанционные защиты. Дистанционные защиты аналогичны токовым направленным защитам, принципиально отличаясь от них реагирующим органом. Число зон и ступеней выдержек времени ограничивается тремя.

Выбор уставок дистанционной защиты сводится к определению сопротивления срабатывания и времени срабатывания каждой из трех ступеней ее. Необходимо учитывать влияние промежуточных подпиток на замер реле сопротивления. Следует разобраться с принципами осуществления блокировок от качаний. Цифровые дистанционные измерения. Цифровые определения направления. Круговые характеристики цифровых устройств.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается принцип действия дистанционной защиты?

2. Какие преимущества имеет дистанционная защита перед токовыми?

3. Как выглядят в комплексной плоскости сопротивлений характеристики срабатывания реле сопротивлений?

4. Укажите принципы выполнения реле сопротивления.

5. Какие схемы включения дистанционных органов Вы знаете?

6. Какие основные органы имеет дистанционная защита?

7. Каково назначение пусковых органов дистанционной защиты?

8. Как обеспечивается селективность действия защиты при качаниях?

9. Как достигается селективность действия первой ступени защиты?

10. Что собой представляет вторая ступень дистанционной защиты и как выбираются ее уставки?

11. Как влияют промежуточные подпитки на величину сопротивления на зажимах дистанционного органа? Что такое коэффициент токораспределения?

12. Как выбираются уставки третьей ступени защиты?

13. Принципы работы цифровых дистанционных защит.

Замыкание фазы на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов

5.6.1. При возникновении замыкания на землю необходимо незамедлительно приступить к отысканию места повреждения и устранить его в кратчайший срок. Задержка в определении места повреждения увеличивает вероятность перехода замыкания на землю в междуфазное КЗ.

5.6.2. В электрической сети, имеющей заземляющий дугогасящий реактор, время работы с замыканием на землю определяется также условиями работы реакторов (температурой верхних слоев масла).

5.6.3. При появлении замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью срабатывают сигнальные устройства, подключенные к трансформаторам напряжения шин или присоединений РУ.

Определение фазы, имеющей замыкание на землю, должно осуществляться по показаниям фазных киловольтметров.

При металлическом замыкании на землю одной из фаз показание киловольтметра этой фазы будет равным нулю, а показания киловольтметров двух других фаз возрастут в 1,73 раза. При неполном замыкании на землю, т. е. при замыкании через сопротивление, показания киловольтметра поврежденной фазы уменьшается, а показания киловольтметров двух других фаз увеличивается. При перемежающихся замыканиях на землю показания фазных киловольтметров то уменьшаются, то увеличиваются.

5.6.4. В случае обрыва фазы на стороне высокого напряжения силового трансформатора, выполненного по схеме «звезда-треугольник», фазные киловольтметры на стороне низкого напряжения будут иметь искаженные показания: на одной фазе напряжение будет вдвое больше, чем на двух других.

При перегорании плавкого предохранителя на стороне высокого или низкого напряжения трансформатора напряжения шин или присоединений РУ показание киловольтметра фазы с перегоревшим предохранителем будет близким к нулю, а других фаз — не изменится.

5.6.5. Если появление замыкания на землю совпало по времени с включением выключателя какого-либо присоединения, необходимо незамедлительно отключить этот выключатель и проконтролировать исчезновение замыкания на землю.

5.6.6. Автоматическое отключение какой-либо линии с успешным АПВ и появление замыкания на землю в этот момент в большинстве случаев являются признаком наличия такого замыкания на этой линии.

5.6.7. Отыскание замыкания на землю в замкнутой сети, если нет специальных приборов, указывающих, на какой линии имеется замыкание на землю, должно производиться, как правило, методом ее последовательного деления:

а) замкнутая сеть делится на две части, электрически не связанные между собой: по приборам контроля изоляции определяется часть, в которой замыкание на землю сохранилось, затем обе части электросети замыкаются на параллельную работу;

б) часть электросети с замыканием на землю вновь делится на две части, электрически не связанные между собой;

в) деление сети производится до тех пор, пока замыкание на землю не будет найдено на ограниченном участке, т. е. на участке, состоящем из шин питающей подстанции с отходящими от них параллельными и одиночными тупиковыми линиями. Затем параллельные тупиковые линии поочередно отключаются с двух сторон, если замыкание на землю не пропадает, то производится осмотр РУ питающей подстанции и тупиковых подстанций;

г) если замыкания на землю в РУ подстанций не обнаружено, то по договоренности с потребителями производят кратковременное (несколько секунд) поочередное погашение тупиковых подстанций, следя за показаниями фазных киловольтметров и срабатыванием сигнальных устройств. Исчезновение замыкания на землю показывает, что данная тупиковая линия имеет повреждение;

д) при невозможности получить согласие потребителей на обесточивание и при наличии на подстанции свободной СШ, нескольких трансформаторов и ШСВ поврежденный элемент выявляется переводом на резервную СШ трансформатора и поочередным переводом на эту СШ тупиковых линий с последующим отключением после каждого перевода ШСВ и контролем показаний фазных киловольтметров и срабатывания сигнальных устройств;

е) если выполнение операций согласно пунктам 5.6.7(г) и 5.6.7(д) настоящей Инструкции не представляется возможным, то после предупреждения потребителя кратковременно (на несколько секунд) отключается тупиковая линия, если от нее не осуществляется электроснабжение потребителей первой категории; исчезновение замыкания на землю показывает, что данная линия имеет повреждение.

Кратковременное (на несколько секунд) отключение потребителя первой категории производится только после получения его согласия.

5.6.8. Перед делением сети на части следует проверять наличие источников питания в каждой части, возможность перегрузок транзитных элементов сети, ожидаемые уровни напряжения и значение настройки заземляющих дугогасящих реакторов в каждой отделяемой части.

5.6.9. Если поочередным отключением ЛЭП место замыкания на землю не найдено, для его отыскания следует осмотреть РУ подстанций.

5.6.10. В РУ с двумя СШ в случае обнаружения замыкания на землю на участке между выключателем и губками шинных разъединителей присоединение необходимо перевести на резервную СШ с последующим отключением собственного, а затем шиносоединительного выключателя.

Читайте также:





Поиск однофазных коротких замыканий в сетях 6-35кВ с изолированной нейтралью

В Российской Федерации в соответствии с Правилами устройства электроустановок сети 6-35кВ работают в режиме с изолированной нейтралью. Данный режим выбран для данных сетей не случайно. Сети 6-35кВ составляю большую часть всех распределительных сетей России (около 90% всех высоковольтных сетей), поэтому данные сети должны обеспечивать наибольшую надежность работы даже в не нормальных и аварийных режимах, в том числе при однофазных коротких замыканиях.

Сразу скажем, что поддерживать необходимую надежность воздушных линий позволяют индикаторы однофазных коротких замыканий (ИКЗ).

Сети с изолированной нейтралью позволяют длительно работать при устойчивом однофазном коротком замыкании. Рассмотрим данный режим – однофазное КЗ в сети с изолированной нейтралью — на рисунке 1.1 и 1.2.

При повреждении фазы А (её обрыве на землю), ток протекающий в месте касания фазы с землёй будет не значительным (до 100 А в зависимости от удаленности от источника питания, сечения провода и уровня напряжения). Этот ток не достаточен, чтобы возникнуть дуге и перейти в межфазное замыкание. Данный ток, в основном, определяется емкостной составляющей между повреждённой фазой и не поврежденными фазами.

Однако в этом режиме возникает не симметрия напряжения в сети. На не поврежденных фазах фазное напряжение увеличивается на 1.73 раза и становиться линейным. Это увеличивает нагрузку на изоляцию не поврежденных фаз, и если изоляция до этого была уже нарушена, возникшее повышенное напряжение может пробить её, что повлечет за собой возникновение или второго однофазного замыкания на линии, или межфазного замыкания.

Также в месте касания поврежденной фазы земли возникает опасное для жизни «шаговое напряжение». Так как при касании фазы земли не возникает дуги (нет искр, потрескивания и других визуальных признаков короткого замыкания), провод просто касается земли и с виду для людей не вызывает опасности. При это если человек приблизиться к данному проводу он попадет под напряжение растекания от данного провода и окажется в «ловушке» (см картинку ниже).

Таким образом однофазные КЗ в сети с изолированной нейтралью должны быстро обнаруживаться и устраняться, для избегания получения электро травм людей и перехода однофазных КЗ в межфазные.

Однако, найти и локализовать такое повреждение достаточно сложно, так как ток в повреждённой фазе не превышает рабочего.

Для поиска однофазных коротких замыканий в воздушных линиях создан специальный датчик: Horstmann Smart Navigator 2.0 — комплект ИКЗ для сетей среднего напряжения до 46 кВ.

Устройство Smart Navigator 2.0 обеспечивает непрерывный мониторинг воздушной линии и передает измеренные значения и информацию о неисправности в диспетчерскую. Это позволяет инженерам (или используемым автоматическим алгоритмам) немедленно инициировать переключение и принять решение по восстановлению линии.

Индикатор представляет собой автономный датчик, который использует в качестве источника питания саму воздушную линию. Для подачи питания в периоды низкого тока нагрузки или его отсутствия используется подзаряжаемый литиевый аккумулятор.

Каждое устройство легко и надежно закрепляется на фазном проводнике воздушной линии. В каждой точке мониторинга используется набор из трех устройств, включающий одно основное и два дополнительных устройства. Основное устройство поддерживает связь напрямую с системой SCADA по сотовой сети без необходимости установки на мачте какого-либо дополнительного коммуникационного оборудования.

Поиск земли в сети с изолированной нейтралью

Если электроустановка работает под напряжением 6-35 кВ и построена по принципу цепи с изолированной нейтралью, то при нарушении или повреждении изоляции, при падении провода и т.п. происходит замыкание на землю. Поскольку однофазное замыкание в сетях с изолированной нейтралью не является аварийным, автоматического отключения поврежденного отрезка не произойдёт, что в свою очередь опасно для изоляции оборудования по причине существенного увеличения рабочих фазных напряжений. Также возрастает опасность для людей.

Таким образом, необходимо как можно быстрее устранить неисправность, для чего в первую очередь требуется определить место повреждения. Для этой цели используется специальный прибор, либо метод поочерёдных отключений. В последнем варианте осуществляется поочерёдное отключение присоединений шин, которые питаются от секции, в которой посредством ТН зафиксировано наличие неисправности.

В случае, когда после отключения какой-либо секции пропадает сигнал «земля», становится очевидным, что замыкание на «землю» произошло именно на данной линии. Присоединение можно выполнить только после того, как будет выяснена причина, по которой произошло однофазное замыкание. Бывает, что такая методика не помогает определить неисправный участок, тогда отключаются все присоединения участка, где была зафиксирована «земля», при этом сигнал о дефекте должен пропасть.

Далее поочерёдно подключаются отходящие присоединения. На том присоединении, где вновь появится сигнал «земля», очевидно, и будет находиться неисправность. После определения дефектного участка он отключается до тех пор, пока не будет выяснена причина срабатывания сигнализации.

Случается, что когда отключают всех отходящие линии, сигнал всё равно не исчезает, что свидетельствует о том, что повреждение возникло на оборудовании подстанции (как пример, на отрезке, идущем до секции шин от силового трансформатора включительно). В этом случае следует в первую очередь выяснить, находится ли повреждение на секции шин либо на ином оборудовании (ошиновка до вводного выключателя от силового трансформатора, вводной выключатель).

Для этой цели отключается вводной выключатель этой секции и включается секционный выключатель. В случае, когда по секции, к которой подключён данной участок сети, возник сигнал «земля», становится понятным, что повреждение расположено на секции шин. Чтобы устранить неисправность, необходимо повреждённую секции вывести в ремонт.

Когда сигал «земля» отсутствует, это свидетельствует о том, что неисправность расположена на участке во вводного выключателя от силового трансформатора включительно. В данной ситуации следует выполнить осмотр оборудования неисправного участка на распределительном устройстве, чтобы обнаружить повреждение. Если сигнал «земля» появился вследствие пробоя изоляции, вероятнее всего, определить повреждение визуально не получится.

Чтобы обнаружить повреждение, следует вывести этот участок РУ в ремонт. Для нахождения дефекта изоляции производятся электролабораторные испытания оборудования.

Основные сведения о коротких замыканиях.

Основные сведения о коротких замыканиях. Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической сети с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения.

Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при
расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственное (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми.

Основные виды КЗ показаны на рис.1.17. Междуфазные КЗ – двухфазные и трехфазные – возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.

Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

Трехфазное короткое замыкание. Симметричное трехфазное КЗ – наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рис.1.18. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол φ_k, определяемый соотношением активного и реактивного сопротивления цепи короткого замыкания:

        Для линий 110 кВ этот угол равен 60-78^о; 220 кВ (один провод в фазе) – 73-82^о; 330 кВ (два провода в фазе) – 80-85^о; 500 кВ (три провода в фазе) – 84-87^о; 750 кВ (четыре провода в фазе) – 86-88^о (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов).

      Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рис.1.18, в. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, незначительны по значению, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки.

        Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рис.1.19). В поврежденных фазах в месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток отсутствует

Междуфазное напряжение  в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения

       Так же как и при трехфазном КЗ, токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС  или параллельного ему вектора) на угол φ_k, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.

       Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рис.1.19, а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения , и междуфазное напряжение будут увеличиваться, как показано на рис.1.19, а штриховыми линиями для точки n.

      С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ.

   Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью. Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ.

     В сетях с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рис.1.20).

Соотношение токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид:

   Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью. Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (на пост советском пространстве, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рис.1.21, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:

    Однофазное КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.

     Однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3-35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ.

       где Х_Σ – суммарное сопротивление цепи замыкания на землю.

      Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь. Тогда

      где f – частота сети, равная 50 Гц; С – емкость одной фазы сети относительно земли.

       Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжение фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60^о, то

В результате

       Емкость сети в основном определяется длиной присоединённых линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:

        Для линии 6 кВ и 10 кВ соответственно.

      где S – сечение кабеля, мм²; U_ном – номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ.

      Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ – 0,015 А/км; 10 кВ – 0,025 А/км; 30 кВ – 0,1 А/км.

   Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения.

      Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рис.1.22), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течении 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок.

     В сетях, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение.

Изолированная и заземленная нейтраль

— Морское исследование

Автор: Усман Карнех

Функция электрической системы заключается в безопасной передаче энергии от точки выработки (источника) к различным нагрузкам или подключенному к ней оборудованию, где она требуется. Источник электроэнергии, как и нагрузка, может быть однофазной (2-проводной) или трехфазной (3–4-проводной) системой

Электрическая система может иметь любую из двух форм:

• Система с изоляцией нейтрали или
• Система с нейтральным заземлением.

Для однофазной системы с изолированной нейтралью нейтраль источника изолирована. Другими словами, нейтраль не связана с землей. В то время как для системы с заземлением нейтралью нейтраль источника соединена с землей.

В трехфазной системе с изолированной нейтралью звезда общая точка источника не соединена с землей. Следовательно, из источника выходят только 3 фазных провода R, Y, B. В системе с заземленной нейтралью точка звезды заземлена.Итак, 4 провода исходят от источника (3 фазы и 1 нейтраль).

Три (3) типа неисправности могут возникнуть в электрической системе:

• Обрыв цепи : является результатом обрыва проводника, так что ток не течет через нагрузку.
• Короткое замыкание : происходит из-за разрыва изоляции, и два проводника (линия и нейтраль) напрямую касаются друг друга, что приводит к короткому пути прохождения тока и позволяет очень сильному току обходить нагрузку.
• Заземление : Это также происходит из-за пробоя изоляции, которая каким-то образом позволяет проводнику вступать в прямой контакт с металлическим корпусом или корпусом оборудования.

Одиночное замыкание на землю, возникающее в линии системы заземленной нейтрали, будет эквивалентно короткому замыканию, поскольку это создает замкнутый путь для тока земли, протекающего через землю в результате минимального сопротивления, эта земля ток может возрасти в очень большой степени.Если ток заземления превысит номинальный ток генератора, вся система может разрушиться, что приведет к непоправимому ущербу. Чтобы ограничить этот ток земли, резистор заземления нейтрали подключается к заземленной нейтрали источника. Этот резистор имеет достаточное омическое сопротивление, чтобы ограничить ток заземления в пределах номинала генератора. Однако величина тока заземления достаточно велика, чтобы сработал механизм отключения неисправного оборудования, немедленно отключив его от источника питания и сделав его безопасным.

Одиночное замыкание на землю в системе с изолированной нейтралью не вызовет протекания тока на землю. Это связано с тем, что одиночный ток замыкания на землю не обеспечивает полную цепь для протекания тока земли. Таким образом, защитное отключение не сработает, и система продолжит нормально работать.
Однако, если второе замыкание на землю происходит на другой линии в изолированной системе, два замыкания на землю вместе будут эквивалентны короткому замыканию, и результирующий ток замыкания на землю сработает для имеющихся защитных устройств и вызовет отключение услуг.

Для системы, в которой приоритетным требованием является поддержание непрерывности электропитания основного оборудования в случае единичного замыкания на землю, используется система с изолированной нейтралью (нейтраль с изолированной нейтралью). Для систем, где приоритетным требованием является немедленная изоляция оборудования, замкнутого на землю, автоматически достигается системой с заземлением нейтрали.

Чтобы лучше понять это, используется тематическое исследование; Если замыкание на землю происходит в важной системе, такой как система рулевого управления корабля, то в случае: системы с изолированной нейтралью ток замыкания на землю не будет протекать, и рулевой механизм будет продолжать работать до тех пор, пока не произойдет второе замыкание на землю в любом оборудование на борту.Следовательно, при однократном замыкании на землю основная служба продолжит работу.
Если бы система была заземленной нейтралью, то одиночное замыкание на землю вызвало бы протекание сильного тока заземления и срабатывание отключающего механизма, вызывая отключение рулевого механизма. Это серьезно скажется на безопасности судоходства. Следовательно, хорошо известно, что на борту судна должна использоваться система с изолированной нейтралью, в то время как в промышленности или на береговых установках используется система с заземлением нейтрали.

Судовые главные системы низкого напряжения на 440 В обычно снабжены системой с изоляцией нейтрали. С другой стороны, системы высокого напряжения (от 1000 В до 3,3 кВ) обычно снабжены системой заземления нейтрали через резистор заземления нейтрали.
В системе высокого напряжения некоторые важные нагрузки могут питаться от трансформатора с его вторичной изоляцией, чтобы в оборудовании не протекал ток замыкания на землю, чтобы обеспечить непрерывность работы.

Правила судоходства требуют, чтобы опасные зоны танкера, такие как грузовая зона, насосное отделение, имели систему изоляции нейтрали для предотвращения протекания паразитного тока заземления по корпусу и возникновения опасности взрыва.
Однако сделано исключение в том случае, если танкер имеет систему 3,3 кВ, заземленная система разрешается при условии, что заземленная система не выходит вперед от переборки машинного отделения в опасную зону.

Как система с изолированной нейтралью, так и система с заземленной нейтралью имеют свои преимущества и недостатки. Если в системе с заземленной нейтралью легче обнаружить любые замыкания на землю в системе, то в системе с изолированной нейтралью легче поддерживать непрерывность работы.

Замыкание на землю в судовой электросистеме

Если одиночное замыкание на землю происходит на линии под напряжением заземленной судовой распределительной системы, это было бы эквивалентно короткому замыканию через генератор через корпус судна.
Возникающий в результате большой ток замыкания на землю немедленно приведет к срабатыванию защитного устройства линии (предохранителя или автоматического выключателя) неисправной цепи.
Неисправное электрическое оборудование будет немедленно отключено от источника питания и, таким образом, безопасно.

Однако потеря электропитания может создать опасную ситуацию, особенно если оборудование было признано важным, например. грамм. рулевой механизм.

Большой ток короткого замыкания также может вызвать дуговое повреждение в месте замыкания.
В отличие от этого, одиночное замыкание на землю «A» , возникающее в одной линии изолированной распределительной системы , не вызовет срабатывания защитного отключения , и система продолжит нормально функционировать.
Это важный момент: оборудование продолжает работать с одиночным замыканием на землю, поскольку оно не обеспечивает полную цепь, поэтому ток замыкания на землю не протекает.

Если второе замыкание на землю в точке «B» произойдет на другой линии в изолированной системе, два замыкания на землю вместе будут эквивалентны короткому замыканию (через корпус судна), и возникнет сильный ток. устройств защиты и вызвать отключение, возможно, важных служб, создавая риск для безопасности судна .

Таким образом, изолированная распределительная система требует двух замыканий на землю на двух разных линиях, чтобы вызвать протекание тока замыкания на землю.

Напротив, для заземленной распределительной системы требуется только одно замыкание на землю на линейном проводе, чтобы создать ток замыкания на землю, который отключит неисправную цепь.
Таким образом, изолированная система более эффективна, чем заземленная, в поддержании бесперебойного снабжения основных служб. Отсюда его применение в большинстве морских электрических систем.
В изолированной однофазной цепи необходимы двухполюсные зажимы с предохранителями в обеих линиях.

Системы высокого напряжения (3,3 кВ и выше) на борту судна обычно заземляются.

Такие системы обычно заземляются через резистор , соединяющий нейтрали генератора с землей.
Значение омического сопротивления каждого заземляющего резистора обычно выбирается таким образом, чтобы ограничить максимальный ток замыкания на землю не более чем ток полной нагрузки генератора.
Такой резистор заземления нейтрали (NER) обычно собирается из металлических пластин.
Использование такой заземленной высоковольтной системы означает, что одиночное замыкание на землю вызовет протекание тока в нейтральном соединительном проводе. Это контролируется реле замыкания на землю (E / F) для создания функций аварийной сигнализации и отключения.

Правила

требуют, чтобы на главном распределительном щите был установлен датчик замыкания на землю для индикации наличия замыкания на землю в каждой изолированной секции распределительной системы, например.грамм. на участках 440 В и 220 В.

Устройство контроля замыкания на землю может быть либо набором индикаторных ламп, либо прибором (калиброванным в кОм) или МОм) для отображения значения IR системы относительно земли.

Лампы индикации заземления — трехфазный переменный ток. система.

Когда система исправна (нет замыканий на землю), лампы светятся с равной половинной яркостью. Если замыкание на землю происходит в одной линии, лампа, подключенная к этой линии, тускнеет или гаснет.
Другие лампы испытывают повышенное напряжение, поэтому будут светиться ярче, чем раньше. Лампы индикации заземления были наиболее распространенным методом, используемым в течение многих лет, поскольку они недорогие и легкие для понимания.

Их главный недостаток состоит в том, что они не очень чувствительны и не могут указывать на наличие замыкания на землю с высоким сопротивлением.
Это привело к разработке индикаторов замыкания на землю измерительного типа.

типов заземления — Скачать бесплатно PDF

Скачать Типы заземления…

Промышленная электротехника и автоматизация

КОД: LUTEDX / (TEIE-7216) / 1-12 / (2006)

Заземление системы

Анна Гульдбранд

Кафедра промышленной электротехники и автоматики Лундский университет

Введение …. ………………………………………….. ………………………………………….. …… 1 Системы с глухим заземлением …………………………………. ………………………………………….. ..1 Изолированные нейтральные системы…………………………………………… ………………………………… 1 Системы с заземлением через сопротивление ……. ………………………………………….. ………………………. 4 Резонансная заземленная система ……………… ………………………………………….. ………………… 7 Эффективно заземленные системы ……………………. ………………………………………….. …….. 10 Прочие виды заземления ………………………………. ……………………………………………. 11 Сравнение … ………………………………………….. ………………………………………….. ….. 11 Ссылки ……………………………………. ………………………………………….. ……………… 12

Введение Заземление системы, то есть соединение между нейтральными точками трансформатора и землей, имеет большое значение для поведения источника питания. система во время несимметричной неисправности.Конструкция заземления считается единственным наиболее важным параметром для определения поведения при замыкании на землю в энергосистеме [1]. Энергосистема может иметь более одной нейтральной точки. Все нейтральные точки одной системы не обязательно заземлять одним и тем же методом заземления. Две важные функции заземления нейтрали — это обнаружение замыканий на землю и контроль тока замыкания, поскольку большие токи замыкания могут вызвать повышение потенциала открытых частей энергосистемы до опасного уровня.В этой главе описаны глухое заземление, а также три наиболее распространенных типа неголидно нейтрального заземления; будет обсуждаться изолированная нейтраль, заземление через сопротивление и резонансное заземление.

Системы с глухим заземлением В системе с глухим заземлением ряд нейтрали трансформатора имеют прямое заземление [2]. На рисунке 1 показано замыкание на землю в системе с глухозаземленной нейтралью.

Рис. 1. Замыкание на землю в сети с глухозаземленной нейтралью

Ток однофазного замыкания на землю в глухозаземленной системе может превышать ток трехфазного замыкания.Величина тока зависит от места повреждения и сопротивления замыкания. Один из способов уменьшить ток замыкания на землю — оставить нейтраль трансформатора незаземленной. Основное преимущество глухозаземленных систем — это низкие перенапряжения, что делает конструкцию заземления распространенной при высоких уровнях напряжения (ВН).

Системы с изолированной нейтралью Система, в которой все нейтрали трансформатора не заземлены, называется системой с изолированной нейтралью. Единственное намеренное соединение между незаземленной нейтралью и землей — через оборудование с высоким сопротивлением для защиты или измерения [2], такое как ограничители перенапряжения или трансформаторы напряжения.Однако в энергосистеме всегда есть емкостные соединения между фазами и землей. Сила емкостного соединения зависит от типа и длины цепи энергосистемы. Когда в системе происходит замыкание на землю

1

, емкость на землю неисправной фазы шунтируется. На рисунке 2 показано замыкание на землю в системе с одной незаземленной нейтралью.

Рисунок 2, Замыкание на землю в сети с незаземленной нейтралью

На рисунке 3 показан эквивалент Тевенина сети с незаземленной нейтралью.

Рисунок 3, эквивалент Тевенина сети с незаземленной нейтралью

В случае твердого замыкания на землю резистивные соединения между фазой и землей достаточно малы, чтобы ими можно было пренебречь. Ток замыкания на землю, а также напряжение смещения нейтральной точки зависят только от фазного напряжения и емкости. Уравнение 1 дает, следовательно, исключительно емкостной ток замыкания на землю.

I f = I c = j 3ωC0 E Уравнение 1

Максимальный ток замыкания на землю изолированной системы невелик, если емкостное соединение системы с землей слабое.Наличие сопротивления короткого замыкания означает, что резистивная часть добавляется к эквивалентному сопротивлению системы. Таким образом, уменьшенный ток короткого замыкания будет состоять из резистивной и емкостной частей. Уравнение 2 дает ток замыкания на землю в случае нетвердого замыкания на землю.

2

I ef = I r + jI c R f (3ωC0) ⋅ E 2

Ir = Ic =

1 + (R f 3ωC0)

2

3ωC0 ⋅ E

1 + (R f 3ωC0)

2

Уравнение 2

Ток повреждения приводит к возникновению напряжения нулевой последовательности на емкостях.Это напряжение называется напряжением смещения нейтральной точки. В случае твердого замыкания на землю это напряжение равно напряжению фазы перед замыканием на землю неисправной фазы. Если замыкание на землю не является твердым, часть напряжения между фазой и землей будет проходить через сопротивление замыкания. Уравнение 3 дает напряжение смещения нейтральной точки. Un =

Если 3ωC0

Уравнение 3

На рис. 4 показаны напряжения фаз перед повреждением, напряжение смещения нейтральной точки и напряжение исправных фаз во время замыкания фазы на землю в изолированной системе.Напряжение между нейтральной точкой и фазами исправности останется неизменным во время повреждения. Таким образом, напряжение смещения нейтральной точки сохраняет изменение фазы исправного состояния на уровень напряжения земли. Максимальное напряжение исправных фаз составляет 105% от межфазного напряжения до повреждения.

Рисунок 4, Предаварийные напряжения UA, UB, UC, напряжение смещения нейтральной точки U0 и напряжение исправных фаз U’B, U’C во время замыкания фазы на землю в изолированной системе

В системах с изолированной нейтралью некоторые замыкания на землю устраняются без срабатывания реле.Обычно это хорошо, но в случае периодических неисправностей и напряжения смещения нейтральной точки может привести к перенапряжениям и дополнительным сбоям в энергосистеме [1]. Напряжение смещения нейтральной точки и ток замыкания на землю контролируют чувствительность релейной защиты. Если в изолированной системе емкостное соединение с землей слишком слабое, реле максимального тока не смогут обнаруживать замыкания на землю с достаточно высокими сопротивлениями замыкания. Причина трудностей заключается в том, что разница между током, измеренным во время КЗ с высоким сопротивлением, и токами из-за несимметричных условий 3

при нормальной работе мала.Несимметричные условия при нормальной работе приводят к несимметричному току (току нулевой последовательности), как и высокому сопротивлению короткого замыкания, однофазному току замыкания на землю. Реле максимального тока необходимо запрограммировать так, чтобы они не работали на этом уровне. Расчеты тока замыкания на землю, выполненные в Matlab, подтверждают, что разница в токе замыкания на землю между твердыми замыканиями на землю и замыканиями на землю с очень высоким импедансом мала для энергосистем с очень слабым емкостным соединением с землей, то есть с малым Ic, см. Рисунок 5.Чем пологее кривая между желаемым уровнем обнаружения сопротивления короткого замыкания и асимметрией нормальной работы, тем труднее обнаружить сбой.

Рисунок 5, Зависимость тока повреждения от сопротивления короткого замыкания для различных емкостных подключений к земле

Преимущества изолированных систем: • Малые токи замыкания на землю, обеспечивающие ограниченное емкостное подключение к земле. • Большая часть неисправностей самоустраняется. Недостатки: • Сильное емкостное соединение с землей создает большие токи замыкания на землю.• Слишком слабое емкостное соединение с землей затруднит обнаружение замыканий на землю. • Риск перенапряжения. Из-за риска перенапряжения использование изолированной нейтрали ограничивается низким и средним напряжением [1].

Системы с заземлением через сопротивление Для улучшения обнаружения замыкания на землю в энергосистеме можно подключить сопротивление между нейтралью трансформатора и системой заземления станции. Система, в которой хотя бы одна из нейтральных точек соединена с землей через резистор, называется системой с заземленной через сопротивление.Назначение резистора нейтральной точки — увеличить резистивную часть

4

тока замыкания на землю и, следовательно, улучшить обнаружение замыкания на землю. На рисунке 6 показано замыкание на землю в системе с нейтралью, заземленной через сопротивление. На рисунке 7 показан соответствующий эквивалент Тевенина.

Рисунок 6, Замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью через сопротивление

Рисунок 7, эквивалент Тевенина сети с заземленной нейтралью через сопротивление

В системе с очень слабым емкостным соединением с землей реактивное сопротивление емкости заземления будет большое по сравнению с сопротивлением нейтральной точки.Таким образом, сопротивление нейтральной точки, а в изолированных системах емкостное соединение с землей будет определять максимальный ток замыкания на землю. Уравнение 4 дает ток замыкания на землю в случае твердого замыкания на землю.

I ef = IR + IC = I ef ⎯⎯ 1 ⎯ → R

>> C

E + j 3ωC0 E Re

E Re

Уравнение 4

Наличие сопротивления короткого замыкания снижает замыкание на землю текущий. Уравнение 5 дает ток замыкания на землю в случае нетвердого замыкания на землю без учета емкости между фазой и землей.

5

I ef =

E Re + R f

Уравнение 5

Как упоминалось в предыдущем разделе, системы с очень слабым емкостным соединением с землей обычно заземляются через сопротивление. Чтобы увидеть разницу между токами короткого замыкания изолированной и заземленной через сопротивление систем, расчет тока замыкания на землю был выполнен с использованием Matlab. Результирующий ток как функция сопротивления короткого замыкания показан на рисунке 8. Это очевидная разница в токе замыкания на землю для сопротивлений замыкания около 5 кОм, в то время как разница в токе замыкания для замыканий с очень высоким импедансом и, следовательно, несимметричное состояние во время нормальной работы. , маленький.Если вместо этого емкостный ток замыкания на землю в системе равен 2 А, то вряд ли будет какая-либо разница в токе замыкания на землю изолированной и заземленной через сопротивление систем для сопротивлений замыкания выше пары тысяч Ом.

Рисунок 8, Ток повреждения в зависимости от сопротивления короткого замыкания для изолированной системы Ic и системы с заземленной через сопротивление Ir

Как и в случае короткого замыкания в изолированной системе, ток короткого замыкания вызывает напряжение смещения нейтрали через систему сопротивление к земле.В случае системы, заземленной через сопротивление, полное сопротивление относительно земли — это сопротивление нейтральной точки, параллельное емкостям между фазой и землей. Уравнение 6 дает напряжение смещения нейтрали, которое в случае твердого замыкания на землю равняется напряжению фазы перед замыканием на землю поврежденной фазы.

6

Un =

I ef 2

⎛ 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ + (3ωC0) 2 ⎝ Re ⎠

Уравнение 6

Преимущества высокоомных заземленных систем: • Обеспечивает обнаружение высокоомных замыканий в системах со слабым емкостным подключением к земле • Некоторые замыкания на землю устраняются автоматически.• Сопротивление нейтральной точки может быть выбрано для ограничения возможных переходных процессов перенапряжения до 2,5-кратного максимального напряжения основной частоты [1]. Переходные процессы более подробно рассматриваются в разделе ниже. Недостатки: • Создает сильные токи замыкания на землю в сочетании с сильным или умеренным емкостным подключением к земле. • Затраты

Резонансная заземленная система Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме реактор нейтральной точки может быть подключен.

Устройство остаточного тока — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Розетка GFCI с красной кнопкой для Тест и черная кнопка для сброса

Прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI) или Устройство остаточного тока (УЗО) — это тип автоматического выключателя, который отключает подачу электроэнергии, когда он обнаруживает дисбаланс между исходящим и входящим токами.Основная цель — защитить людей от поражения электрическим током, вызванного тем, что часть электрического тока проходит через тело человека из-за электрического сбоя, такого как короткое замыкание, нарушение изоляции или неисправность оборудования. Стандартные автоматические выключатели отключают питание при слишком высоком токе, например, 10, 15 или 20 ампер, но всего 0,030 ампер через тело может вызвать паралич скелетных мышц и остановить человеческое сердце. GFCI / RCD разрывает цепь, когда обнаруживает дисбаланс всего 0,005 ампер (0.030 ампер в Австралии и некоторых странах Европы / Азии.)

Автоматический выключатель защищает домашние провода и розетки от перегрева и возможного пожара. GFCI / RCD защищает людей и часто встречается в ванных комнатах или на кухнях, где используются электрические устройства, и голое тело людей может контактировать с полом или металлическими приспособлениями, которые обеспечивают альтернативный путь для прохождения тока в случае электрического сбоя.

A GFCI / RCD также может предотвратить возгорание от коротких замыканий и других электрических неисправностей, которые не затрагивают людей, например, короткое замыкание с низким током, когда ток никогда не достигает точки срабатывания выключателя, например.грамм. провод под напряжением падает в ванну с водой или влажной почвой, и ток течет только 1-2 ампера.

Электрические розетки подают ток, который выходит из одного контакта розетки, называемого «живым», проходит через электрическое устройство и возвращается через другой контакт, «нейтральный». Во многих странах, таких как США, Индия и другие, «нейтраль» также подключается к земле (через стержень, вбитый в почву). Если человек касается оголенного «живого» провода, ток может пройти через тело к любой части (например, другой руке или босой ноге), прямо или косвенно связанной с землей, например, через металл, такой как водопроводные трубы, или через влажную плитку или ванна, полная воды, где вода действует как проводник.Чистая вода — плохой проводник, но на кухне или в ванной она обычно соленая или мыльная, что увеличивает проводимость; но неважно, поскольку для убийства человека требуется очень мало тока, даже плохой проводник может привести к смертельному шоку.

Устройство GFCI использует дифференциальный трансформатор для сравнения тока, «уходящего» на горячую ногу, с током, «возвращающимся» на нейтраль. Если между ними есть достаточно большая разница, обычно 5 миллиампер (30 в некоторых местах), то это считается дисбалансом, и внутренний соленоид механически отключает встроенный автоматический выключатель, отключая соединение как с контактами под напряжением, так и с нейтралью. .

Предполагается, что часть исходящего тока проходит через человека или объект и направляется альтернативным путем обратно к нейтрали.

Смерть от электричества (поражение электрическим током) может произойти, когда через сердце протекает всего лишь 30 миллиампер тока, всего за долю секунды. Устройство GFCI защищает на уровне, который намного ниже того, который необходим для причинения вреда.

Если устройство GFCI срабатывает и неисправность позже устраняется, то пользователь сбрасывает устройство GFCI, нажав кнопку сброса.Если проблема не устранена, GFCI отключает цепь и не выполняет сброс. Также есть тестовая кнопка, которая приведет к срабатыванию GFCI, если он работает правильно. Торговые точки GFCI следует проверять не реже одного раза в месяц. ^[1]

Устройства GFCI используют стандарт синхронизации для предотвращения ложных «ложных» срабатываний, а также могут защищать от неправильного подключения нейтрали к земле.

Несколько стандартных (не GFCI) розеток можно защитить, подключив их цепочкой к выходу одной настенной розетки GFCI, хотя проводку необходимо выполнять с осторожностью, учитывая максимальную нагрузку и предотвращая ложное «неприятное» отключение.

Доступны два типа GFCI

: автоматический выключатель, который устанавливается в электрическую панель, и тип розетки, который устанавливается в электрическую коробку. Также доступны GFCI, которые прикрепляются к шнурам устройства или встроены в удлинители. В более новых фенах они также могут быть в виде небольшой коробки на конце шнура питания или на самой ручке.

Поскольку GFCI контролирует ток только на горячей ноге по сравнению с нейтралью, GFCI можно использовать для обновления старых двухконтактных (незаземленных) розеток до трехконтактных (заземленных / заземленных) без установки нового провода.Схема с устройством GFCI без заземления намного безопаснее, чем двухконтактная розетка без заземления. Установленный таким образом GFCI должен быть помечен как «Нет заземления оборудования».

Когда GFCI устанавливается в электрическую коробку без подключения винта заземления (так как нет заземляющего провода), на выходе GFCI и всех последующих выходах размещается этикетка с надписью «Нет заземления оборудования». Некоторые из этих меток обычно включены в GFCI. В некоторых частях света «землю» называют «землей».

GFCI являются подходящей заменой двухконтактных розеток без заземленного провода. Национальный электротехнический кодекс требует защиты от GFCI в жилых помещениях на кухонных столешницах, в ванных комнатах, недостроенных подвалах, не предназначенных для проживания, в местах для прогулок, в гаражах, умывальниках, где розетки устанавливаются на расстоянии не более 6 футов от верхнего края чаши раковины, лодочных домах. , ванны или душевые кабины, в которых емкости установлены в пределах 6 футов от края ванны или душа, зоны стирки, на открытом воздухе, за исключением емкостей, которые труднодоступны и питаются от ответвленной цепи, предназначенной для электрического таяния снега, удаления льда или Оборудование для обогрева трубопроводов и сосудов должно быть установлено в соответствии с NEC 426.