Режимы работы нейтралей трансформаторов системы электроснабжения

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Нейтраль сети — это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.

Используются следующие режимы нейтрали:

эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.

Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

Режимы нейтрали трехфазных систем

Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Сети от 1 до 10 кВ — это сети генераторного напряжения электрических станций и местные распределительные сети. При замыкании на землю одной фазы в такой системе напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает до величины линейного напряжения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на это напряжение.

Основное преимущество режима изолированной нейтрали — способность подавать энергию электроприемникам и потребителям при однофазном замыкании на землю.

Недостатком этого режима являются трудности о обнаружении места замыкания на землю.

Повышенная надежность режима (т.е. возможность нормальной работы при однофазных замыканиях на землю, которые составляют значительную часть повреждений электрооборудования) изолированной нейтрали обуславливает обязательное его применение при напряжении выше 1 кВ до 35 кВ включительно, поскольку эти сети питают большие группы электроприемников и потребителей.

С напряжения 110 кВ и выше применение режима изолированной нейтрали становится экономически невыгодным, так как повышение напряжения относительно земли с фазного до линейного требует существенного усиления фазной изоляции. Применение режима изолированной нейтрали до 1 кВ допускается и оправданно при повышенных требованиях к электробезопасности.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Режимы заземления нейтралей электрических сетей напряжением110кВ и выше

Кіровоградський національний технічний університет

Режимы заземления нейтралей электрических сетей напряжением110кВ и выше

Работа электрических систем напряжением 110 – 150 кВ может предусматриваться как с глухозаземлённой, так и с эффективно заземлённой нейтралью.

Электрические сети напряжением 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземлённой нейтралью.

Глухим заземлением называют такой способ заземления, при котором нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству металлически или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Эффективным заземлением нейтрали – называют такую сеть, в которой нейтрали большей части силовых элементов (трансформаторов, генераторов) заземлены. В данном режиме повышение напряжения по отношению к земле на неповреждённых фазах при однофазных замыканиях на землю в установившемся режиме не превышает 0,8 линейного напряжения и коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю в трёхфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Например, для сети 154 кВ:

Кз= 0,8 ·Uлин/ Uфаз.= 0,8· 154 / 89 =123,2/89 = 1,384 Ì(3),что подтверждается рядом конкретных расчётов в энергосистемах. Так, в сети 400 кВ Англии Ì(1) / Ì(3) =1,2; в некоторых пунктах системы Центральной Сибири Ì(1) / Ì(3) изменяется от 1,05 в сети 500 кВ до 1,28 в сети 220 кВ.

Увеличение токов однофазного К. З. в современных сетях обусловлено общим уменьшением полного сопротивления нулевой последовательности, вызванным помимо обязательного глухого заземления нейтрали автотрансформаторов и непосредственной электрической связи сетей ВН и СН также наличием третичной обмотки. Необходимость последней в настоящее время широко дискутируется в ряде стран. Известно, что третичная обмотка автотрансформатора служит для образования цепи с малым полным сопротивлением для прохождения тока третьей гармоники в намагничивающем токе и исключения искажения синусоидального напряжения за счёт появления третьей и кратной ей гармоник в фазном напряжении и третьей гармоники тока в линиях электропередачи. Одновременно она используется для подключения синхронного компенсатора или блока шунтовых реакторов, для питания собственных нужд подстанции и других целей. Однако благодаря повсеместному резкому увеличению токов однофазного К. З. и их частой вероятности возникновения, естественно, снова подвергается сомнению необходимость во всех случаях третичной обмотки.

Следует подчеркнуть, что для образования пути прохождения токов третьей гармоники третичная обмотка может быть принципиально малой мощности, определяемой только её термической стойкостью (5 – 15% мощности главной обмотки). Однако для обеспечения электродинамической стойкости мощность третичной обмотки ранее принималась равной не менее 33,5% мощности главной обмотки.

Примеры расчётов для автотрансформатора 300 МВА, 200/132 кВ и 1200 МВА, 400/275 кВ показали, что отказ от третичной обмотки существенно снижает значение несимметричных токов образом, при возможности отказа от третичной обмотки такие автотрансформаторы могут быть использованы для ограничения однофазных токов К. З. в системе. При отказе от третичных обмоток обязательно глухое заземление нейтралей обмоток ВН и СН. Следует также иметь в виду, что при отсутствии третичной обмотки через нейтраль автотрансформатора и присоединённые к нему линии будут проходить токи третьей гармоники к ближайшему источнику с заземлённой нейтралью или к ближайшему автотрансформатору с третичной обмоткой, оказывая влияние на проходящие вблизи линии связи. Как указано выше, с точки зрения питания потребителей на низшем напряжении необходимость обмотки невелика, однако при отказе от неё подстанция лишается источника для питания собственных нужд, синхронного компенсатора и третичного блока шунтирующих реакторов.

Поэтому в настоящее время вопрос об отказе от третичной обмотки в каждом случае решается индивидуально. В этом случае снижаются токи однофазного К. З., а также внутренние перенапряжения в режиме включения автотрансформатора вместе с линией со стороны общей обмотки, что отмечалось в сети 500 кВ системы.

В настоящее время в сетях имеет место работа автотрансформаторов, как с третичной обмоткой, так и без неё.

Таким образом, в современных энергосистемах возможным путём для уменьшения токов однофазного К. З. является увеличение полного сопротивления нулевой последовательности за счёт:

– отказа от третичной обмотки;

– частичного разземления нейтралей;

– введения дополнительного реактивного сопротивления в цепь нулевой последовательности.

Под системой с эффективно заземлённой нейтралью принято считать систему, в которой Х0 / Х1 ≤ 3 и r0 / r1 ≤ 1 для всех конфигураций сети, где r0 – активное сопротивление нулевой последовательности.

В системах, где нейтрали всех трансформаторов заземлены наглухо, х0 / х1 ≤ 1. В большинстве систем с целью ограничения токов однофазного К. З. часть нейтралей разземляется; в этом случае за счёт влияния реактивного сопротивления линий х0 / х1 >1. На подстанциях сетей напряжением 110–150 кВ в соответствии с требованиями пп 3.2.28, 3.2.63 ПУЭ для исключения повреждений трансформаторов и вентильных разрядников из–за перенапряжений при неполнофазных режимах, а также снижения токов однофазного короткого замыкания и обеспечения надежной работы релейной защиты режим работы нейтралей силовых трансформаторов в сети 110–150 кВ устанавливается следующий:

1. Должны иметь глухое заземления нейтралей:

1.1. Трансформаторы 110–150 кВ с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) с уровнем изоляции нейтралы 35 кВ (испытательное напряжение нейтрали частоты 50 Гц равно 85 кВ).

1.2. Трансформаторы, имеющие генерирующие источники питания со стороны низкого или среднего напряжения, независимо от класса изоляции нейтрали. Допускается часть нейтралей таких трансформаторов не заземлять, если в ремонтных или в аварийных режимах невозможно их выделение на работы с участком сети, не имеющим трансформаторов с заземлёнными нейтралями, или обеспечивается при замыканиях на землю отключение трансформаторов с изолированной нейтралью до отключения трансформаторов с заземленной нейтралью.

При этом, нейтрали, имеющие неполную изоляцию, должны быть защищены соответствующими разрядниками.

2. При подключении к транзитной линии или линии с радиальным питанием трансформаторов с уровнем изоляции нейтрали в соответствии с ГОСТ 1516.1–76 (испытательное напряжение нейтрали частоты 50 Гц 100 и 130 кВ трансформаторов 110–50 кВ соответственно ) необходимо производить:

2.1. При одном трансформаторе на данной ВЛ – глухое заземление его нейтрали.

2.2. При двух и более трансформаторах на данной ВЛ – глухое заземление нейтрали двух трансформаторов.

Работа других трансформаторов допускается с изолированной нейтралью при защите её соответствующим разрядником.

3. При подключении к транзитной линии или линии с радиальным питанием только трансформаторов с полным классом изоляции нейтрали необходимо производить глухое заземление нейтрали одного трансформатора.

4. При подключении одного или несколько трансформаторов с уровнем изоляции нейтрали в соответствии с ГОСТ 1516.1–76 к шинам подстанций, имеющих питание от двух и более источников, необходимо глухое заземление нейтрали одного трансформатора из числа подключенных к данной системе шин или секции, работа других трансформаторов этой системы шин или секций допускается с изолированной нейтралью при её защите соответствующим разрядником.

5. Защита нейтрали обмотки 110 и 150 кВ трансформаторов с уровнем изоляции по ГОСТ 1516.1–76 должна осуществляться вентильным разрядником:

РВС – 35 + РВС15 или РВМ – 35 + РВМ15 для трансформаторов 110 кВ и РВС 60 (2РВС20 + РВС–15) или 2РВМ35 (четыре элемента) для трансформаторов 150 кВ.

6. При отключении в ремонт трансформатора с глухозаземленной нейтралью должна заземляться нейтраль на другом трансформаторе, подключённом к данной линии или системе шин. При этом количество трансформаторов с глухозаземлённой нейтралью должно соответствовать требованию пунктов 2, 3, 4.

7. При производстве операций по включению и отключению трансформатора, имеющего неполную изоляцию нейтрали, необходимо, на время операции его нейтраль заземлять.

8. Все вновь вводимые силовые трансформаторы с уровнем изоляции нейтрали в соответствии с ГОСТ 1516.1–76 должны предусматривать работу, как с изолированной, так и заземленной нейтралью, для чего в его нейтрали должны быть смонтированы ЗОН – 110 и разрядник в соответствии с П.5.

Запрещается разземление нейтрали трансформаторов 110 кВ и выше и установка в цепи её заземления коммутационных аппаратов и вентильных разрядников, если изоляция нейтрали рассчитана на работу при глухом заземлении (тяговые трансформаторы и автотрансформаторы).

Вентильные разрядники для защиты нейтралей рекомендуется устанавливать непосредственно у трансформаторов.

а) у трансформаторов 110 кВ (испытательное напряжение нейтрали 100 кВ) с РП; б) у трансформаторов 150 кВ (испытательное напряжение нейтрали 130 кВ ) с РПН; в) и трансформаторов кВ (с испытательным напряжением нейтрали 85 кВ) с РПН; г) у тяговых трансформаторов 110 – 150 – 220 кВ; д) у автотрансформаторов; е) у трансформаторов 220 750 кВ. без РПН; ж) у трансформаторов 220 кВ. с РПН; з) у трансформаторов кВ. с РПН

Рисунок 2 – Способы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов

1. Правила устройства электроустановок. М.: 2003.

3. Режимы нейтрали в электрических системах.- К.: Наукова думка, 1974.

4. Решение по выбору режима работы нейтралей силовых трансформаторов в сети 110 – 150 кВ ПЭО «Днепроэнерго», утверждённое 05.11.86г.

5. 5.Третичная обмотка автотрансформаторов. «Электрические машины и аппараты». М.: Энергия, 1965.

Источник

Нейтраль трансформатора

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

Используются следующие режимы нейтрали:

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок. при однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Изолированная нейтраль

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Компенсированная нейтраль

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями с резонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть с резистивнозаземлённой нейтралью.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

Режимы нейтрали трехфазных систем

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Назначение заземления нейтрали трансформатора для повышения чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю.

В нормальном режиме высокоомный резистор, и при необходимости дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Чтобы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ необходимо кратковременно увеличить ток через устройство защиты. Обоснование возможности кратковременного индуктивного заземления нейтрали специальным трансформатором заземления нейтрали. При возникновении на линии ОЗЗ трансформатор через 0,5 с кратковременно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазного короткого замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и создания условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение линии. Выключатель с заданной выдержкой времени отключается. Отключение линии предотвращает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неизбежные в сетях напряжением 6-10 кВ с высокой изношенностью кабелей и оборудования.

Такой режим отключения поврежденных кабельных линий несколько лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Однако, отключение линий возможно только при наличии надежного резервирования и в случаях, оговоренных правилами устройств электроустановок.

Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ или МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. рисунок 1), подключенным к нейтрали ТЗН. В нормальном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (или) реле тока КА1, или устройство определения поврежденной фазы (см. рисунок 1).

После замыкания контактов срабатывает реле времени КТ1, замыкающиеся контакты которого включают выключатель Q3. Выключатель Q3 шунтирует сопротивление Rн и ДГР.

Рис.1 — Поясняющая схема и схема автоматического заземления нейтрали

Замыкающиеся контакты реле КТ1 с выдержкой времени 0,3 с отключают выключатель Q3. При замыкании этих контактов срабатывает промежуточное реле KL1. Размыкающие контакты реле разрывают цепь КТ1. Возврат схемы осуществляется дежурным с помощью ключа SА. При этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь переходит в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и при необходимости через ДГР.

При увеличении тока через реле срабатывает защита от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени 0,2 с. Отключение выключателя выполняется с выдержкой времени 0,2 с. Сеть вновь переходит в режим с нейтралью, заземленной через резистор.

Видео: Виды заземления нейтрали

Источник

Назначение, конструкция и особенности ЗОН трансформатора

ЗОН трансформатора – это заземлитель нейтрали трансформатора. На электростанциях используются заземлители ЗОН-110. Расшифровка их названия – однополюсный заземлитель наружной установки. Цифрами после названия обозначается напряжение. Существует много разновидностей заземлителей. Но, прежде чем ознакомиться с ними, необходимо понять, для чего нужен ЗОН трансформатора на 110 кВ.

Назначение ЗОН-110

Заземление трансформатора называется заземление этого электрического устройства с прибором заземления.

Рабочим заземлением называется соединение какой-либо точки токопроводящих проводов с заземлительным устройством. Рабочее заземление соединяется с экранами кабелей, которые подают заряд в землю. Примером такого типа заземления является электростанция, на которой и источник тока и поглотитель энергии находятся в земле. Из-за такой установки потенциал между устройствами всегда один и тот же.

Имеет ЗОН трансформатора назначение весьма серьезное. Он служит для заземления нейтрали трансформаторов.

Конструкция ЗОН-110

Как подготовить ЗОН к монтажу

Важный этап монтажа ЗОНа – предварительная подготовка. При подготовке важно следовать мерам предосторожности, а именно:

Подготовка ЗОНа к монтажу состоит из нескольких этапов:

Монтаж

Монтаж на электростанциях, независимо от видов ЗОНа, производится по следующему алгоритму:

Разновидности ЗОН-110

Существуют разные виды заземлителей ЗОН. Так, для заземления нейтралей силовых трансформаторов с защитой от замыканий на землю применяются:

Все эти заземлители устанавливаются на трансформаторных станциях переменного тока. Они также обеспечивают механическое включение и выключение в сочетании с приводами ПР-01 и ПРГ-00.

Для заземления нейтралей трансформаторов без защиты от замыканий на землю используются:

Чаще заземлители таких типов встречаются на стационарных трансформаторных подстанциях, они устанавливаются на напряжение 110 кВ.

Условия эксплуатации заземлителя ЗОН

Использование заземлителей всегда основывается на основных условиях эксплуатации. К ним относятся:

Категория размещения заземлителя должна быть УХЛ1 или Т1.

Что такое нейтраль трансформатора

Нейтраль представляет собой несколько соединенных точек или проводников, которые либо не подключены к сети напряжений, либо имеют контакт с землёй путём преодоления больших сопротивлений.

Заземление нейтралей необходимо по следующим причинам:

При изменении напряжения относительно земли, создаются токи замыкания на землю, и появляется перенапряжение. Это происходит из-за нарушения симметрии системы. Нейтраль может иметь разные режимы, которые зависят от степени изменения симметрии. Так, в зависимости от режимов, нейтраль может быть:

Нейтрали трансформатора могут быть изолированы от земли или заземлены через активные сопротивления. Также сопротивления могут быть индуктивными. Изолированные нейтрали работают от 6 кВ до 35 кВ.

Принцип работы

Напряжение с трёхфазной электростанции поступает на линейный разъединитель. После этого оно попадается на отделитель 110кВ. Он является таким же линейным разъединителем, только выполняющий расширенные функции, а именно приём более большого напряжения. Затем напряжение передается силовому трансформатору со встречной обмоткой.

Обычно на участках электростанций устанавливаются железные помещения, в которых размещаются масляные выключатели. Именно туда напряжение попадает в последнюю очередь. После попадания в ячейки ввода, оно распределяется по фидерам (столбы с проводами). Они находятся рядом с электростанцией. В дальнейшем, электричество по проводам передаётся потребителям.

Также в систему электростанции входит короткозамыкатель 110 кВ, который защищает силовой трансформатор от перенапряжения и неисправностей. Если же в квартире при коротком замыкании вырубается щиток, то на электростанции при перенапряжении короткозамыкатель порождает ток короткого замыкания, вследствие действия которого трансформатор перестаёт работать. Также короткозамыкатель блокирует возгорание трансформатора путём отделения его от отделителя, к которому постоянно поступает напряжение от линий с электроэнергией.

Заземление нейтрали

Заземление нейтрали трансформатора служит для ограничения перенапряжения. На значения напряжения влияют ёмкости сети, в которую включён трансформатор. Поэтому необходим элемент, который будет приглушать их принудительно. Так ЗОН 110кВ с активным током, который по значению больше емкостного за определённый период времени будет разряжать ёмкостное сопротивление, что приведет к понижению напряжения или его распределению.

Однако у заземлителя есть один большой недостаток. Из-за того, что он перераспределяет напряжение, происходит огромное рассеивание мощности, подаваемой с электростанции.

На сегодняшний день, специалисты решили подавать напряжение, которое будет безопасно для использования. Также при установке заземлителя снижается риск возникновения феррорезонанса. Феррорезонанс – резонанс, встречающийся в электрических цепях при различных неисправностях и высоких напряжениях.

Защита трансформатора

Одной из главной защиты силового трансформатора является газовая защита. Она предотвращает повреждения внутри электрического устройства.

Газовое реле сигнализирует об отсутствии масла в нём, а следовательно, он перестанет работать. Это явление недопустимо на электростанции, потому что напряжению будет некуда идти и произойдёт возгорание. Однако реле работает по принципу, который делает работу системы безопасной. Оно устанавливается в топливный отсек в виде поплавка, соединяя контакты. В случае снижения топлива, он замкнёт контакты и отключит трансформатор от сети.

Дифференциальная защита также играет немалую роль в работе электростанции. Так принцип рассчитан на сравнении входящих в трансформатор токов. При нормальной работе ничего не происходит. Но как только возникает двухфазный или трёхфазный ток короткого замыкания, дифференциальное реле сразу выключает трансформатор из схемы, подавая всю энергию в землю.

Источник