Tryby pracy punktów zerowych transformatorów systemu elektroenergetycznego

Transformatory posiadają przewody neutralne, których sposób działania lub sposób działania uziemienia wynika z:

• wymagania dotyczące bezpieczeństwa i ochrony pracy personelu,

• dopuszczalne prądy ziemnozwarciowe,

• przepięć powstałych w wyniku zwarć doziemnych, a także napięcia roboczego nienaruszonych faz instalacji elektrycznej względem ziemi, które decydują o stopniu izolacji urządzeń elektrycznych,

• konieczność zapewnienia niezawodnej pracy przekaźnika uziemiającego,

• możliwość korzystania z najprostszych schematów sieci elektrycznych.

W przypadku zwarcia doziemnego jednofazowego zostaje zerwana symetria instalacji elektrycznej: zmieniają się napięcia fazowe względem ziemi, pojawiają się prądy ziemnozwarciowe, występują przepięcia w sieciach. Stopień zmiany symetrii zależy od trybu neutralnego.

Tryb neutralny ma istotny wpływ na tryby pracy odbiorników elektrycznych, schematy zasilania, parametry wybranych urządzeń.

Sieć neutralna Jest to zestaw połączonych ze sobą punktów neutralnych i przewodów, które można odizolować od sieci lub połączyć z ziemią poprzez niską lub wysoką rezystancję.

Stosowane są następujące tryby neutralne:

• głuchy uziemiony neutralny,

• izolowany neutralny,

• skutecznie uziemiony przewód neutralny.

Wybór trybu neutralnego w sieciach elektrycznych zależy od ciągłego zasilania odbiorców, niezawodność pracy, bezpieczeństwo personelu serwisowego i sprawność instalacji elektrycznych.

Przewody zerowe transformatorów trójfazowych instalacji elektrycznych, do uzwojeń których podłączone są sieci elektryczne, mogą być uziemiane bezpośrednio przez rezystancję indukcyjną lub czynną lub izolowane od ziemi.

Jeżeli przewód neutralny uzwojenia transformatora jest podłączony do urządzenia uziemiającego bezpośrednio lub przez niską rezystancję, wówczas ten przewód neutralny nazywa się ślepo uziemionym, a sieci podłączone do niego odpowiednio sieciami z uziemionym punktem neutralnym.

Neutralny, który nie jest podłączony do urządzenia uziemiającego, nazywany jest izolowanym punktem neutralnym.

Sieci, których przewód neutralny jest podłączony do urządzenia uziemiającego przez dławik (rezystancja indukcyjna), który kompensuje prąd pojemnościowy sieci, nazywane są sieciami z uziemionym rezonansowo lub skompensowanym punktem neutralnym.

Sieci, których przewód neutralny jest uziemiony przez rezystor (rezystancję), nazywamy siecią z przewodem neutralnym uziemionym rezystancyjnie.

Sieć elektryczna o napięciu wyższym niż 1 kV, w której współczynnik zwarcia doziemnego nie przekracza 1,4 (współczynnik zwarcia doziemnego to stosunek różnicy potencjałów między nieuszkodzoną fazą a ziemią w miejscu zwarcia doziemnego innego lub dwóch innych faz do różnicy potencjałów między fazą a ziemią w tym momencie przed zamknięciem) nazywa się sieć z skutecznie uziemiony przewód neutralny.

Instalacje elektryczne, w zależności od środków bezpieczeństwa elektrycznego, dzielą się na 4 grupy:

• instalacje elektryczne na napięcia powyżej 1 kV w sieciach ze skutecznie uziemionym punktem zerowym (o dużych prądach ziemnozwarciowych),

• instalacje elektryczne o napięciu powyżej 1 kV w sieciach z izolowanym punktem neutralnym (o małych prądach doziemnych),

• instalacje elektryczne o napięciu do 1 kV z uziemionym punktem zerowym,

• instalacje elektryczne na napięcie do 1 kV z izolowanym punktem neutralnym.

Tryby neutralne układów trójfazowych

Napięcie, kV Tryb neutralny Uwaga 0,23 Neutralny głuchy uziemiony Wymagania bezpieczeństwa. Wszystkie obudowy elektryczne są uziemione 0,4 0,69 Izolowany przewód neutralny W celu poprawy niezawodności zasilania 3,3 6 10 20 35 110 Skutecznie uziemiony przewód neutralny W celu zmniejszenia napięcia otwartych faz do masy w przypadku zwarcia jednej fazy do masy oraz obniżenia znamionowego napięcia izolacji 220 330 500 750 1150

Systemy ze ślepym uziemionym punktem zerowym to systemy z wysokim prądem zwarcia doziemnego. W przypadku zwarcia, zwarcie jest automatycznie odłączane. W sieciach 0,23 kV i 0,4 kV wyłączenie to podyktowane jest wymogami bezpieczeństwa. Wszystkie ramy urządzeń są uziemione jednocześnie.

Systemy 110 i 220 kV i powyżej są realizowane ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym… W przypadku zwarcia, zwarcie jest również wyzwalane automatycznie. Tutaj uziemienie przewodu neutralnego prowadzi do zmniejszenia znamionowego napięcia izolacji. Jest równe napięciu fazowemu nieuszkodzonych faz do ziemi. Aby ograniczyć wielkość prądów ziemnozwarciowych, nie wszystkie punkty zerowe transformatora są uziemione (skuteczne uziemienie).

Tryby neutralne układów trójfazowych: a — neutralny uziemiony, b — neutralny izolowany

Izolowany przewód neutralny zwany neutralnym, nie podłączony do uziemiacza lub podłączony przez urządzenia kompensujące prąd pojemnościowy w sieci, przekładniki napięciowe i innych urządzeń o wysokiej rezystancji.

Układ z izolowanym punktem neutralnym służący do poprawy niezawodności zasilania. Charakteryzuje się tym, że przy zwarciu jednej fazy do ziemi napięcie przewodów fazowych względem ziemi wzrasta do napięcie linii, a symetria naprężeń jest złamana. Prąd pojemnościowy płynie między linią a przewodem neutralnym. Jeśli jest mniejszy niż 5A, dopuszcza się kontynuowanie pracy do 2 godzin dla turbogeneratorów o mocy do 150 MW, a dla hydrogeneratorów do 50 MW. Jeśli okaże się, że zwarcie nie wystąpiło w uzwojeniu generatora, ale w sieci, wówczas praca jest dozwolona na 6 godzin.

Sieci od 1 do 10 kV to sieci z napięciem generatora elektrowni i lokalnych sieci dystrybucyjnych. Gdy w takim układzie jedna faza jest uziemiona, napięcie faz nieuszkodzonych względem ziemi wzrasta do wartości napięcia sieci. Dlatego izolacja musi być dostosowana do tego napięcia.

Główną zaletą izolowanego trybu neutralnego jest możliwość dostarczania energii do odbiorców zasilających i odbiorców z jednofazowym zwarciem doziemnym.

Wadą tego trybu jest utrudnione wykrycie miejsca zwarcia doziemnego.

Zwiększona niezawodność trybu (tj. Możliwość normalnej pracy w przypadku jednofazowych zwarć doziemnych, które stanowią znaczną część awarii sprzętu elektrycznego) izolowanego przewodu neutralnego prowadzi do jego obowiązkowego stosowania przy napięciach powyżej 1 kV do 35 kV włącznie, ponieważ sieci te zasilają duże grupy odbiorców i odbiorców energii.

Od napięcia 110 kV i więcej zastosowanie izolowanego trybu neutralnego staje się ekonomicznie nieopłacalne, ponieważ wzrost napięcia względem ziemi z fazy na linię wymaga znacznego zwiększenia izolacji faz. Stosowanie izolowanego trybu neutralnego do 1 kV jest dozwolone i uzasadnione zwiększonymi wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa elektrycznego.

Przeczytaj także: Korzystanie z sieci elektrycznych z izolowanym przewodem neutralnym