Практическое задание: Исследование режимов работы нейтрали источников и приемников электрической энергии

Снять показания приборов и разобрать схему.

Режим 5: Компенсированная нейтраль при cимметричной проводимости фаз относительно земли, замыкание фазы С (в точке S5)

Собрать схему:

Снять показания приборов и разобрать схему.

Режим 6: Компенсированная нейтраль при cимметричной проводимости фаз относительно земли, замыкание фазы С (в точке S4)

Собрать схему:

Снять показания приборов и разобрать схему.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки

нейтраль электрический энергия установка

2.2.4 По окончании опытов необходимо начертить векторные диаграммы токов и напряжений по указанию преподавателя.

.2.5 Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать

формулировку задачи лабораторного исследования;

схему лабораторной установки;   

необходимые расчеты и результаты измерений;

векторные диаграммы токов и напряжений;

выводы по работе.

Рис. 2 - Векторные диаграммы токов и напряжений;з = Iˈвс + Iˈсс - Iк

Вывод

Контрольные вопросы

Какие существуют основные способы заземления нейтрали?

изолированная (незаземленная);

глухозаземленная (непосредственно присоединенная к заземляющему контуру);

эффективно заземленная

заземленная через дугогасящий реактор;

заземленная через резистор (низкоомный или высокоомный).

Что характеризует коэффициент замыкания на землю?

Коэффициент замыкания на землю - отношение напряжения на неповрежденной фазе в точке трехфазной электрической сети при замыкании на землю одной или двух других фаз к фазному напряжению рабочей частоты, которое установится в данной точке при устранении замыканий.

Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью представляет собой трехфазную электрическую сеть, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (КЗ£1,4).

. Перечислите достоинства и недостатки различных режимов нейтрали?

Изолированная нейтраль

Достоинствами данного режима является:

отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

малый ток в месте повреждения (при малой емкости сети на землю).

Недостатками этого режима заземления нейтрали являются:

возможность возникновения дуговых перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы-десятки ампер) в месте однофазного замыкания на землю;

возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями;

возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы;

необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение;

сложность обнаружения места повреждения;

опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;

сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как реальный ток замыкания на землю зависит от режима работы сети (числа включенных присоединений).

Основными недостатками системы с изолированной нейтралью являются:

. Повышенные капитальные вложения, вызываемые требуемым уровнем изоляции электроустановок, т.к. в аварийном режиме происходит увеличение напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного значения;

. возможность замыкания фазы на землю через электрическую дугу и появление перемежающих дуг, имеющих при определенных условиях устойчивый характер и вызывающих перенапряжения, превосходящие в 2,5¸3,2 раза нормальное фазное напряжение, которое распространяется на всю электрически связанную сеть.

Нейтраль, заземленная через дугогасящий реактор

Достоинствами данного режима является:

отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

малый ток в месте повреждения (при точной компенсации - настройке дугогасящего реактора в резонанс);

возможность самоликвидации однофазного замыкания, возникшего на воздушной линии или ошиновке (при точной компенсации - настройке дугогасящего реактора в резонанс);

исключение феррорезонансных процессов, связанных с насыщением трансформаторов напряжения и неполнофазными включениями силовых трансформаторов.

Недостатками данного режима является:

возникновение дуговых перенапряжений при значительной расстройке компенсации;

возможность возникновения многоместных повреждений при длительном существовании дугового замыкания в сети;

возможность перехода однофазного замыкания в двухфазное при значительной расстройке компенсации;

возможность значительных смещений нейтрали при недокомпенсации и возникновении неполнофазных режимов;

возможность значительных смещений нейтрали при резонансной настройке в воздушных сетях;

сложность обнаружения места повреждения;

опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;

сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как ток поврежденного присоединения очень незначителен.

Нейтраль, заземленная через резистор (высокоомный или низкоомный)

Достоинствами данного режима является:

отсутствие дуговых перенапряжений высокой кратности и многоместных повреждений в сети;

отсутствие необходимости в отключении первого однофазного замыкания на землю (только для высокоомного заземления нейтрали);

исключение феррорезонансных процессов и повреждений трансформаторов напряжения;

уменьшение вероятности поражения персонала и посторонних лиц при однофазном замыкании (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);

практически полное исключение возможности перехода однофазного замыкания в многофазное (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);

простое выполнение чувствительной и селективной релейной защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на токовом принципе.

Недостатками резистивного режима заземления нейтрали являются :

увеличение тока в месте повреждения;

необходимость в отключении однофазных замыканий (только для низкоомного заземления);

ограничение на развитие сети (только для высокоомного заземления).

Системы с компенсацией емкостных токов при однофазном замыкании на землю характеризуется следующими положительными факторами:

) при однофазном замыкании на землю развивающийся пробой изоляции электроустановок предупреждается на ранней стадии;

) неустойчивое замыкание на землю подавляется, причем 70-90% таких замыканий ликвидируется без отключения, медленно возрастает напряжение в месте повреждения до Uл, что способствует восстановлению диэлектрической прочности изоляции;

) при устойчивых замыканиях на землю ток, проходящий через место замыкания, снижается до нескольких процентов емкостного, что позволяет работать электроприемникам на период отыскания и устранения повреждения, т.е. число отключений и нарушений питания у потребителя минимально;

) градиенты напряженности вблизи места повреждения значительно снижены, что обеспечивает безопасность людей;

) отсутствие больших электромагнитных влияний на линии связи.

К недостаткам систем с нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку, можно отнести:

) увеличенные капитальные затраты, вызываемые повышенными требованиями к уровню изоляции электроустановок;

) сложность эксплуатации систем с компенсированной нейтралью из-за необходимости вести постоянное наблюдение за состоянием компенсации и трудности в определении места повреждения, если оно не развилось;

) возможность повышения напряжения неповрежденных фаз относительно земли более линейного и существование перенапряжений, если нет точки настройки и дуга устойчива;

) увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов в связи с установкой дугогасящих аппаратов по сравнению с системой с изолированной нейтралью;

) сложность в настройке релейной защиты.

В системах 110 кВ применяется эффективно заземленная, а 220 кВ и выше - глухое заземление нейтрали части трансформаторов в связи с необходимостью ограничения тока однофазного короткого замыкания.

Основными достоинствами системы с глухозаземленной нейтралью являются:

) стабилизация потенциала нейтрали и устранение возможности появления устойчивых заземляющих дуг и связанных с ними последствий;

) облегченная работа изоляции при замыканиях на землю и переходных процессах, что приводит к возможности снижения уровня изоляции, а следовательно, экономии в затратах либо к повышению надежности работы электроустановок вследствие большого запаса прочности изоляции, при сохранении такого же уровня изоляции, как и при других способах заземления нейтрали;

) обеспечение выполнения четкой, надежной селективной и быстродействующей релейной защиты.

) любое однофазное замыкание на землю является коротким, и релейная защита немедленно отключает поврежденный участок, т.е. нарушается бесперебойность электроснабжения, что требует применения устройств АПВ и выполнения систем с резервированием для наиболее ответственных потребителей (повышение затрат, дополнительные капитальные вложения и ущерб от недоотпуска продукции);

) значительное электромагнитное влияние на линии связи, что приводит к увеличению затрат на защиту последних;

) удорожание релейной защиты в связи с устройством ее в трехфазном исполнении;

) токи короткого замыкания могут достигать больших значений при замыканиях на землю, что является причиной динамических разрушающих усилий, распространяющихся на значительную часть системы, примером тому может служить повреждение железа статора генератора при пробое изоляции на корпус, разрывы оболочек кабелей, разрушение гирлянд изоляторов на воздушных ЛЭП и др.;

) при больших токах короткого замыкания уменьшается синхронизирующий момент (синхронные двигатели могут затормозиться, а параллельно работающий генератор - выйти из синхронизма);

) опасность поражения людей вследствие больших напряжений прикосновения и шага из-за тока короткого замыкания при однофазном замыкании на землю;

) значительное увеличение затрат на заземляющие устройства.

. Какие существуют особенности выбора режима нейтрали для электроустановок напряжением до 1000 В и выше?

Выбор режима нейтрали в электрических сетях напряжением до 1000 в определяется главным образом безопасностью обслуживания сетей, а в сетях высокого напряжения - бесперебойностью электроснабжения, надежностью работы и экономичностью электроустановок.

При напряжении выше 1000 В технологические требования к выбору режима нейтрали обусловлены рядом обстоятельств, в том числе влиянием режима нейтрали на характер и уровень внутренних перенапряжений.

В системах электроснабжения напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ применяется изолированная нейтраль, если величины емкостных токов замыкания на землю не превосходят допустимых значений по ПУЭ (для 6 кВ-30 А; 10 кВ-20 А; 20 кВ -15 А и 35 кВ-10 А), в противном случае применяются нейтрали с компенсацией емкостного тока, где заземление осуществляется через дугогасящие аппараты.

. Поясните основные расчетные соотношения и векторные диаграммы для систем напряжений с заземленной и изолированной нейтралью?

I3=3·Iac Uˈa=U=Ib Uˈb=Ub

Ic=Ic Uˈc=·Uc

. Какие существуют особенности обеспечения электробезопасности в зависимости от режима нейтрали?

Выбор того или иного режима нейтрали электроустановок является результатом учета многих технико-экономических факторов конкретной системы электроснабжения. При выборе способа заземления нейтрали должны учитывать следующие требования:

надежность работы сетей;

бесперебойность электроснабжения приемников электрической энергии;

электробезопасность системы;

экономичность;

возможность устранения опасных перенапряжений;

ограничение электромагнитного влияния на другие электрические сети;

возможность дальнейшего развития системы без значительной реконструкции.

- В открытых электроустановках выше 1 кВ сетей с изолированной нейтралью вокруг площади, занимаемой оборудованием, на глубине не менее 0,5 м должен быть проложен замкнутый горизонтальный заземлитель (контур), к которому подсоединяется заземляемое оборудование. Если сопротивление заземляющего устройства выше 10 Ом (в соответствии с 1.7.69 <http://base.garant.ru/3923095/7/> для земли с удельным сопротивлением более 500 Ом х м), то следует дополнительно проложить горизонтальные заземлители вдоль рядов оборудования со стороны обслуживания на глубине 0,5 м и на расстоянии 0,8-1,0 м от фундаментов или оснований оборудования.