ОЗН в сетях с эффективно заземлённой нейтралью Опции

[Alexey104]

Здравствуйте!

Я тут пытаюсь понять, что из себя представляют сети с эффективно заземлённой нейтралью и везде нахожу одно и то же определение:
Эффективно заземлённая нейтраль — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (110 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.
Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это 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.

Из данного определения мне совершенно непонятно, какие конструктивные особенности отличают эффективно заземлённую нейтраль от глухозаземлённой и каким образом получают указанный в определении коэффициент замыкания на землю.
Для начала хотелось бы рассмотреть процессы, протекающие при однофазных замыканиях на землю в сетях(220/380) с изолированной и глухозаземлённой нейтралями. Допустим, имеется такой участок цепи:

От вторичных обмоток трансформатора №1 запитаны первичные обмотки трансформаторов №2 и №3, имеющих заземлённую и изолированную нейтрали соответственно. Условимся считать, что ёмкости и сопротивления изоляций всех фаз одинаковы, сопротивления обмоток каждого транса равны между собой, активное сопротивление проводов и земли равно нулю. Тогда при штатном(безаварийном) режиме работы сети, независимо от наличия заземления нейтрали транса №1, картина будет такая, как на схеме выше, а именно:
Напряжения на обмотках всех указанных на схеме трансформаторов будут равны фазным напряжениям сети. Напряжение между любым линейным проводом и землёй также будет соответствовать фазному напряжению сети за счёт равенства(как мы условились считать) ёмкостей и сопротивлений изоляций всех фаз. Напряжения между линейными проводами будут номинальными(380). Напряжение между нейтралью любого транса и землёй будет равно нулю. Через землю будут протекать ёмкостные токи и токи утечки через изоляции фаз.

Теперь рассмотрим работу сети при замыкании(без обрыва) фазы А на землю:

Вариант 1:
Фаза А замкнута на землю, нейтраль трансформатора №1 изолирована от земли:

В этом случае земля приобретёт потенциал фазы А, следовательно, напряжения линейных проводов В и С относительно земли возрастут до величины линейного напряжения сети, в то время как напряжение между линейным проводом А и землёй будет равно нулю. Токи через ёмкости и изоляции линейных проводов В и С возрастут в связи с увеличившимися напряжениями этих проводов по отношению к земле. Через ёмкость и изоляцию фазы А ток протекать не будет, поскольку напряжение между этой фазой и землёй равно нулю. Напряжения между линейными проводами не изменятся. Напряжения между землёй и незаземлёнными нейтралями трансформаторов №1 и №3 будут равны напряжениям между этими нейтралями и фазой А, то есть 220 вольт. Напряжения на обмотках трансов №1 и №3 не изменятся и будут по-прежнему равны фазным напряжениям сети, поскольку сопротивления нагрузок(обмоток) этих трансов не изменились. Что же касается заземлённого транса №2, то, поскольку фаза А соединилась с нейтралью этого трансформатора через нулевое сопротивление(землю), можно считать, что в этом трансе произошло короткое замыкание фазной обмотки А. Вследствие уменьшения сопротивления обмотки фазы А трансформатора №2 до нуля при неизменных(и равных) сопротивлениях обмоток В и С этого трансформатора, произойдёт смещение нейтрали этого транса, в результате чего напряжения на обмотках В и С повысятся до линейных. Напряжение между землёй и нейтралью транса №2 отсутствует, поскольку нет разности потенциалов между ними. Ток фазы А будет протекать по земле через нейтраль и обмотки В и С трансформатора №2, а также - через ёмкости и изоляции фаз В и С.

Вариант 2:
Фаза А замкнута на землю, нейтраль трансформатора №1 глухо заземлена:

При таком раскладе напряжение фазной обмотки А трансформатора №1 просядет до нуля(фаза окажется закороченной через землю). На обмотках В и С этого трансформатора напряжения не изменятся. Напряжение линейного провода А по отношению к земле просядет до нуля, но напряжения между линейными проводами неповреждённых фаз В и С относительно земли не возрастут, поскольку их ёмкости и сопротивления изоляций будут соединены через землю с нейтралью транса №1. Соответственно, токи через ёмкости и изоляции неповреждённых фаз не изменятся, токи же через ёмкость и изоляцию фазы А протекать не будут, поскольку напряжение на элементах RA и XCA будет нулевым. Напряжения между линейными проводами будут номинальными. Напряжения между заземлёнными нейтралями трансформаторов №1 и №2 и землёй будут равны нулю, так как отсутствует разность потенциалов между ними. Напряжение на фазной обмотке А трансформатора №2 упадёт до нуля, но смещения нейтрали этого трансформатора не произойдёт, поскольку она соединена через землю с нейтралью питающего трансформатора №1. Значит, напряжения на фазных обмотках В и С транса №2 не изменятся. На работу трансформатора №3 замыкание фазы А на землю никак не повлияет, поскольку сопротивления обмоток этого трансформатора не изменились. Напряжение между нейтралью трансформатора №3 и землёй будет равно напряжению между нейтралью данного трансформатора и фазой А(220). Ток фазы А будет протекать по земле через нейтраль и обмотки В и С трансформатора №2, через ёмкости и изоляции фаз В и С, также - через нейтраль трансформатора №1(ток короткого замыкания).

Вариант 3:
Фаза А замкнута на землю, нейтраль трансформатора №1 эффективно заземлена:
Понятия не имею, как это нарисовать. Из определения следует, что при ОЗН в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжения неповреждённых фаз относительно земли повышаются, но не в 1,7 раз, как в случае с изолированной нейтралью, а максимум - в 1,4 раза. В моём понимании такое возможно при заземлении нейтрали трансформатора №1 через некое сопротивление, величина которого недостаточно мала для того, чтобы ей можно было пренебречь.

Объясните, пожалуйста, что на самом деле представляют из себя сети с эффективно заземлённой нейтралью, чем они конструктивно отличаются от глухозаземлённых сетей и каким образом "регулируется" коэффициент замыкания на землю в таких сетях.

Спасибо!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Andre_san]

Здравствуйте!

Я тут пытаюсь понять, что из себя представляют сети с эффективно заземлённой нейтралью и везде нахожу одно и то же определение:
Эффективно заземлённая нейтраль — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (110 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.

Сами цитируете википедию, а потом выкладываете скриншоты с изображением сети до 1000 вольт! И где логика?

Отличается, я думаю тем что в сетях с эффективно заземленной нейтралью сопротивление искусственного и естественного заземлителей равно 0.5Ом. В сетях до 1000 вольт с глухо заземленной нейтралью этот показатель равен 2,4,8 Ом на напряжения сети 660, 380, 220В.

[Alexey104]

Сами цитируете википедию, а потом выкладываете скриншоты с изображением сети до 1000 вольт! И где логика?

Хм, слона-то я и не заметил!
Просто столько всего технического перечитал за последнее время, что в голове полная каша образовалась от переизбытка информации)

Получается, что эффективно-заземлённая сеть - частный случай сети глухозаземлённой, с разницей в сопротивлении заземления питающих трансформаторов?

[Andre_san]

Получается, что эффективно-заземлённая сеть - частный случай сети глухозаземлённой, с разницей в сопротивлении заземления питающих трансформаторов?

Такое ниское сопротивление нужно для того чтоб при замыкании на землю пропустить значительные токи кз. и обеспечить возростание напряжения в не поврежденных фвзах не выше чем 1,4 раза. А также исключение выноса потенциала шагового напряжения, за територию подстанции.

[Alexey104]

Спасибо, кажется доходит:
Количество заземлённых нейтралей питающих трансов и сопротивление заземлителей подбираются таким образом, чтобы величина общего сопротивления заземления соответствовала величине, при которой напряжение на неповреждённых фазах относительно земли при ОЗН повышается не более, чем в 1,4 раза.

Не хотелось бы показаться тупым, но одну вещь я так и не понял - в той же википедии сказано:
Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з.

Не понимаю, как такое возможно. При замыкании одной из фаз на землю, ток этой фазы будет стремиться через землю вернуться на свою обмотку(нейтраль трансформатора/генератора). Понятно, что чем больше питающих трансов подключено параллельно, тем больше одноимённых обмоток этих трансов окажутся закорочены через землю при ОЗН, соответственно, и ток ОЗН будет больше. Но как же ток замыкания одной фазы может превысить ток замыкания трёх фаз?

[Andre_san]

Но как же ток замыкания одной фазы может превысить ток замыкания трёх фаз?

При замыкании одной фазы на землю, действительно будет протекать значительный ток кз. С чем это связано? С физикой трех фазного переменного тока. Попытаюсь объяснить это дилетантским языком, возьмем к примеру трех фазную сеть и подключим например чисто активную трехфазную нагрузку. Нагрузка имеет одинаковое сопротивление в каждой фазе то есть сбалансирована. А общий вывод данной нагрузки подключен к нулю. Допустим ток в каждой фазе равен какому то одинаковому значению, тогда ток в нуле будет практически отсутствовать, это связано стем что токи в нулевом проводнике взаимно компенсируются. Но если отключить хотя бы одну фазу, появится ток в нуле который будет иметь такое же значение как и ток в фазах. Поскольку система вышла из равновесия, произошло вот такое смещении. Почти то же самое происходит при кз. на землю в одной фазе. Ну как то так, может кто то объяснит более квалифицировано. Есть на форуме товарищи которые разбираются в этом.

[Гость_Гость_mic61_*_*]

Не понимаю, как такое возможно. При замыкании одной из фаз на землю, ток этой фазы будет стремиться через землю вернуться на свою обмотку(нейтраль трансформатора/генератора). Понятно, что чем больше питающих трансов подключено параллельно, тем больше одноимённых обмоток этих трансов окажутся закорочены через землю при ОЗН, соответственно, и ток ОЗН будет больше. Но как же ток замыкания одной фазы может превысить ток замыкания трёх фаз?

В двух словах и несколько упрощенно: ток КЗ определяется ЭДС генератора и сопротоивлением от шин генератора до места КЗ. Говорят: "место КЗ удалено от источника ЭДС (генератора) на некоторое сопротивление Хс (т.н. "сопротивление системы") плюс эквивалентное сопротивление прилегающей сети Хэкв." В случае однофазного замыкания Хэкв состоит из очень большого количества паралельных сопротивлений (контура от места КЗ до трансформаторов с заземленной нейтралью.) При этом синфазный (т.е. фактически однофазный) ток(т.н. "ток нулевой последовательности") протекает по всем трем проводам ЛЭП, протекает через все три обмотки трансформаторов и через заземление нейтрали тр-ра под проводами этих же ЛЭП "возвращается" к источнику. В итоге Хэкв может стать (параллельное соединение - "меньше меньшего"!) меньше Хэкв при трехфазном КЗ! И ток КЗ станет равен или даже больше тока КЗ при трехфазном КЗ.
А может и не стать. Все зависит от разветвленности сети, и количества трансформаторов с заземленной нейтралью. А сети 110 кВ достаточно разветвленные (в отличие от сетей 220 кВ и выше, которые называются сетями с "глухо заземленными нейтралями.")
Поэтому все это считается в Службе Режимов энергосистемы, и для каждого трансформатора/автотрансформатора определяется режим заземления нейтрали в нормальном и аварийном режимах сети.

[Alexey104]

Всё понятно.
Всем спасибо за участие!