4 режима на неутрално заземяване в мрежи 6-35 kV

Методът за заземяване на неутрала на мрежата е доста важна характеристика. Той определя:

ток в мястото на повреда и пренапрежение на неповредени фази при еднофазно късо съединение;
схема за изграждане на релейна защита срещу земни съединения;
нивото на изолация на електрическото оборудване;
избор на устройства за защита от мълнии и комутационни пренапрежения (пренапрежения);
непрекъснато захранване;
допустимо съпротивление на земния контур на подстанцията;
безопасност на персонала и електрическото оборудване при еднофазни къси съединения.

4 режима на заземяване на неутралата в мрежи 6-35 kV. Изолираната неутрала ще бъде забранена

Изолиран неутрален режим Изолираният неутрален режим е широко използван в България. При този метод на заземяване неутралната точка на източника (генератор или трансформатор) не е свързана към заземяващия контур. В разпределителните мрежи 6-10 kV в България намотките на захранващите трансформатори обикновено са свързани в триъгълник (фиг. 1), така че няма физическа неутрална точка. PUE ограничава прилагането на изолиран неутрален режим в зависимост от еднофазния ток на земно съединение в мрежата (капацитивен ток). Трябва да се осигури компенсация на тока на еднофазно земно съединение (използване на дъгогасителни реактори) за капацитивни токове:

повече от 30 A при напрежение 3-6 kV;
повече от 20 A при напрежение 10 kV;
повече от 15 A при напрежение 15-20 kV;
повече от 10 A в мрежи с напрежение 3-20 kV със стоманобетонни и метални опори на въздушни електропроводи и във всички мрежи с напрежение 35 kV;
повече от 5 A във вериги на генераторно напрежение от 6-20 kV на блокове генератор-трансформатор.

Вместо компенсиране на тока на земно съединение може да се използва заземяване на неутрала чрез резистор (резистивен) със съответно изменение в логиката на релейната защита. Исторически изолираният неутрален режим е първият неутрален режим на заземяване, използван в електрически инсталации със средно напрежение. Предимствата му са:

няма нужда от незабавно изключване на първото еднофазно земно съединение;
нисък ток на мястото на повредата (с нисък мрежов капацитет спрямо земята).
Недостатъците на този неутрален режим на заземяване са:
възможността за възникване на дъгови пренапрежения в периодичен характер на дъгата с малък ток (единици-десетки ампери) на мястото на еднофазно заземяване;
възможността за многоместни повреди (отказ на няколко електродвигателя, кабели) поради разрушаване на изолацията при други връзки, свързани с пренапрежения на дъгата;
възможността за дългосрочно въздействие върху изолацията на дъгови пренапрежения, което води до натрупване на дефекти в нея и намаляване на експлоатационния живот;
необходимостта от извършване на изолация на електрическото оборудване спрямо земята за мрежово напрежение;
трудности при откриване на мястото на увреждане;
опасност от токов удар за персонал и неупълномощени лица при продължително съществуване на заземяване в мрежата;
трудността при осигуряване на правилната работа на релейната защита срещу еднофазни къси съединения, тъй като действителният ток на земна повреда зависи от режима на работа на мрежата (броя на свързаните връзки).

В допълнение, значителен брой повреди на трансформатори на напрежение от типове NTMI-6 (10), ZNOL-6 (10), ZNOM-35 в домашни мрежи 6-35kV с изолирана неутрала по време на еднофазни земни повреди също е свързано със състоянието на неутрала на мрежи със средно напрежение. Недостатъците на изолирания неутрален режим са много значителни и такова предимство като липсата на необходимост от изключване на първата повреда е доста спорно. Така че винаги има възможност за повторно късо съединение на друга връзка поради пренапрежение и изключване на два кабела, електродвигатели или въздушни линии наведнъж. Подобно развитие на събитията в експлоатация не е толкова рядко, колкото изглежда на пръв поглед. Поради тази причина в много страни, като САЩ, Канада, Англия, Австралия, Белгия, Португалия, Франция и др., изолираният неутрален режим беше изоставен още през 40-те и 50-те години на миналия век. Както се вижда от табл. 1, само Италия, Япония и Финландия в момента използват изолиран неутрален режим сред индустриализираните страни. Освен това в Италия сега се обмисля възможността за преминаване към работа със заземяване чрез дъгов реактор, а в Япония - със заземяване чрез резистор. В България доскоро изолираният неутрален режим беше залегнал в ПУЕ. Това обяснява сегашната ситуация, когато дори в мрежи с електродвигатели с високо напрежение, където защитата срещу еднофазни къси съединения се изпълнява с действие за изключване без времезакъснение, се използва изолиран неутрален режим.

Неутрално заземено чрез дъгов реактор И в България се използва доста често. Този метод на неутрално заземяване, като правило, се използва в обширни кабелни мрежи на промишлени предприятия и градове. При този метод неутралната точка на мрежата се получава с помощта на специален трансформатор (фиг. 2). По отношение на историческата последователностпоявата на този метод за заземяване на неутралата е втората. Предложен е от немския инженер Петерсен през 20-те години на миналия век (в европейските страни реакторите за гасене на дъгата се наричат „намотка на Петерсен“ на името на изобретателя). Предимствата на този метод за заземяване на неутралата са:

няма нужда от незабавно изключване на първото еднофазно земно съединение;
нисък ток в точката на повреда (с точна компенсация - настройка на дъговия реактор в резонанс);
възможността за самоликвидация на еднофазно късо съединение, възникнало на въздушна линия или шина (с точна компенсация - настройка на дъговия реактор в резонанс);
изключване на ферорезонансни процеси, свързани с насищане на напреженови трансформатори и превключване на отворена фаза на силови трансформатори.

Недостатъците на този неутрален режим на заземяване са:

появата на дъгови пренапрежения със значително разстройване на компенсацията;
възможността за многолокална повреда по време на дългосрочно съществуване на дъгова повреда в мрежата;
възможността за превключване от еднофазна верига към двуфазна верига със значително разстройване на компенсацията;
възможността за значителни неутрални измествания в случай на недостатъчна компенсация и възникване на отворени фазови режими;
възможността за значителни неутрални измествания по време на резонансна настройка във въздушните мрежи;
трудности при откриване на мястото на увреждане;
опасност от токов удар за персонал и неупълномощени лица при продължително съществуване на заземяване в мрежата;
трудността да се осигури правилната работа на релейната защита срещу еднофазни къси съединения, тъй като токът на повредена връзка е много малък.

В България неутралният режим на заземяване презРеакторът за гасене на дъга се използва главно в разклонени кабелни мрежи с високи капацитивни токове. Кабелната изолация, за разлика от въздушната изолация, не се самовъзстановява. Тоест, след като възникне, повредата няма да бъде отстранена, дори въпреки почти пълната компенсация (липса) на ток на мястото на повреда. Съответно, за кабелните мрежи самоунищожаването на еднофазни къси съединения като положително свойство на неутралния режим на заземяване чрез реактор с дъга не съществува. При естеството на дъгата на еднофазна верига, работният цикъл на ефекта от пренапреженията върху изолацията на мрежата е по-нисък, отколкото при изолирана неутрала, но дори и тук съществува възможност за многолокална повреда. През последните десетилетия мрежите от 6-10 kV са нараснали и мощността на компенсаторните устройства в подстанциите остава същата, съответно значителна част от мрежите със средно напрежение сега работят със значителна недостатъчна компенсация. Това води до изчезване на всички положителни свойства на мрежите с компенсирана неутрала. Обърнете внимание допълнително, че дъговият реактор компенсира само индустриалната честотна компонента на еднофазния ток на повреда. Ако в мрежата има източници на по-високи хармоници, последните могат да се съдържат в тока на повредата и в някои случаи дори да се усилват. Прилагането на режима със заземена неутрала през дъгогасителния реактор в страни като Финландия, Швеция е различно от българското. В тези страни се използва в мрежи с въздушни линии, където приложението му е най-ефективно. В допълнение, в тези страни има значително съпротивление на почвата, състоящо се главно от скали, а режимът на неутрално заземяване през реактора на дъгата прави възможно откриването на еднофазни повреди чрез значителни преходни съпротивления от 3-5 kOhm. Приложениережимът на заземяване на неутрала чрез дъгов реактор в страни като Германия, Австрия, Швейцария е до известна степен традиционен по природа (вече споменахме немския инженер - изобретателят на този метод). В тези страни обаче този неутрален режим на заземяване се използва главно в мрежи с въздушни линии. Резистивното неутрално заземяване се използва в мрежи със средно напрежение на чуждестранни промишлени предприятия.

Неутрала заземена чрез резистор (високомно или нискоомно) Този режим на заземяване се използва много рядко в България, само в някои спомагателни мрежи на блокови електрически централи и мрежи на газокомпресорни станции. В същото време, ако оценим световната практика, тогава резистивното заземяване на неутрала е най-широко използваният метод (виж таблица 1).

Таблица 1. Методи за неутрално заземяване в страните по света