Co je to pevně uzemněný neutrál?

4 režimy neutrálního uzemnění v sítích 6-35 kV. Izolovaný neutrál postavíme mimo zákon

Způsob uzemnění neutrálu sítě je poměrně důležitou charakteristikou. Definuje:

• proud v místě poškození a přepětí na nepoškozených fázích při jednofázové poruše;
• schéma pro konstrukci ochrany relé proti zemním poruchám;
• úroveň izolace elektrického zařízení;
• výběr zařízení pro ochranu před bleskem a spínacím přepětím (přepěťové ochrany);
• nepřerušované napájení;
• přípustný odpor zemnící smyčky rozvodny;
• bezpečnost personálu a elektrických zařízení při jednofázových poruchách.

V současné době se ve světové praxi používají pro uzemnění neutrálu sítí vysokého napětí (v zahraničí se pro sítě s rozsahem provozního napětí 1-69 kV používá termín „střední napětí“):

• izolovaný (neuzemněný);
• pevně uzemněno (přímo připojeno k zemnícímu obvodu);
• uzemněno přes reaktor pro potlačení oblouku;
• uzemněné přes odpor (nízký nebo vysoký odpor).

Níže v tabulce. 1 ukazuje metody neutrálního uzemnění používané v různých zemích světa.
V Rusku, podle článku 1.2.16 posledního vydání PUE, uvedeného v platnost 1. ledna 2003, „. provoz elektrických sítí s napětím 3-35 kV lze zajistit jak s izolovaným neutrálem, tak s neutrálem uzemněným přes zhášecí tlumivku nebo rezistor.“ Nyní jsou tedy v sítích 6-35 kV v Rusku formálně povoleny všechny metody neutrálního uzemnění akceptované ve světové praxi, s výjimkou pevného uzemnění. Všimněte si, že navzdory tomu v Rusku existují zkušenosti s používáním pevného uzemnění neutrálu v některých sítích 35 kV (například kabelová síť 35 kV pro napájení v Kronštadtu).
Podívejme se blíže na způsoby neutrálního uzemnění a dáme jim obecný popis.

• více než 30 A při napětí 3-6 kV;
• více než 20 A při napětí 10 kV;
• více než 15 A při napětí 15-20 kV;
• více než 10 A v sítích s napětím 3-20 kV, které mají železobetonové a kovové podpěry na nadzemních elektrických vedeních, a ve všech sítích s napětím 35 kV;
• více než 5 A v napěťových obvodech generátoru bloků generátor-transformátor 6-20 kV.

• není třeba okamžitě odpojit první jednofázový zemní zkrat;
• nízký proud v místě poruchy (s nízkou kapacitou sítě vůči zemi).
• Nevýhody tohoto neutrálního režimu uzemnění jsou:
• možnost vzniku přepětí oblouku v důsledku přerušovaného charakteru oblouku s nízkým proudem (jednotky až desítky ampérů) v místě jednofázového zemního spojení;
• možnost vícenásobného poškození (selhání několika elektromotorů, kabelů) v důsledku porušení izolace na jiných spojích spojených s přepětím oblouku;
• možnost dlouhodobého vystavení obloukovému přepětí na izolaci, což vede k hromadění vad v ní a snížení životnosti;
• nutnost izolovat elektrické zařízení vzhledem k zemi pro síťové napětí;
• potíže s lokalizací místa poškození;
• nebezpečí úrazu elektrickým proudem pro personál a neoprávněné osoby v důsledku dlouhodobé existence zemního spojení v síti;
• obtížnost zajištění správné funkce ochrany relé proti jednofázovým poruchám, protože skutečný zemní poruchový proud závisí na provozním režimu sítě (počet připojených spojení).

• není třeba okamžitě odpojit první jednofázový zemní zkrat;
• nízký proud v místě poruchy (s přesnou kompenzací – nastavení zhášecí tlumivky do rezonance);
• možnost samolikvidace jednofázového zkratu, ke kterému dojde na venkovním vedení nebo přípojnici (s přesnou kompenzací – nastavením tlumivky na zhášení oblouku do rezonance);
• odstranění ferorezonančních procesů spojených se saturací napěťových transformátorů a spínáním částečných fází výkonových transformátorů.

• výskyt obloukových přepětí s výrazným kompenzačním rozladěním;
• možnost vícenásobného poškození během dlouhodobé existence obloukového zkratu v síti;
• možnost přechodu jednofázové poruchy na dvoufázovou s výrazným nesouladem kompenzace;
• možnost významných neutrálních posunů v důsledku nedostatečné kompenzace a výskytu neúplných fázových režimů;
• možnost výrazných neutrálních posunů při rezonančním ladění v nadzemních sítích;
• potíže s lokalizací místa poškození;
• nebezpečí úrazu elektrickým proudem pro personál a neoprávněné osoby v důsledku dlouhodobé existence zemního spojení v síti;
• obtížnost zajištění správné funkce ochrany relé proti jednofázovým poruchám, protože proud poškozeného spojení je velmi nevýznamný.

Neutrál uzemněný přes odpor (vysoký nebo nízký odpor)
Tento režim uzemnění se v Rusku používá velmi zřídka, pouze v některých pomocných sítích blokových elektráren a sítích plynových čerpacích kompresorových stanic. Zároveň, pokud zhodnotíme světovou praxi, pak je odporové uzemnění neutrálu nejpoužívanější metodou (viz tabulka 1).

Tabulka 1. Metody neutrálního uzemnění v zemích po celém světě

Země	Přijímané napětí	Metoda neutrálního uzemnění
		Izolovaný	Přes reaktor pro potlačení oblouku	Přes odpor	Hluchý
Rusko	6–35 kV	+	+
Austrálie	11–12 kV	+	+
Kanada	4–25 kV	+	+
United States	4–25 kV	+	+
Španělsko	10–30 kV	+	+
Itálie	10–20 kV	+
Portugalsko	10–30 kV	+
Francie	12–24 kV	+
Japonsko	6,6 kV	+	+
Německo	10–20 kV	+
Rakousko	10–30 kV	+
Belgie	6,3–17 kV	+
Velká Británie	11 kV	+	+
Švýcarsko	10–20 kV	+
Finsko	20 kV	+	+

Rýže. 2. Schéma dvoutransformátorové rozvodny s neutrálem uzemněným přes zhášecí tlumivku.

Rýže. 3. Schéma dvoutransformátorové rozvodny s neutrálem uzemněným přes odpor.

Rýže. 4. Možnosti připojení rezistoru k neutrálu sítě 6-10 kV.

Rýže. 5*. Severoamerický spotřebitelský transformátor.

Absence obloukových přepětí při jednofázových poruchách a možnost organizace selektivní ochrany relé jsou nepopiratelné výhody režimu uzemnění s odporovým nulovým vodičem. Právě tyto výhody přispěly k širokému použití tohoto neutrálního uzemňovacího režimu v různých zemích.

Pevně ​​uzemněný neutrál
Jak již bylo zmíněno, 6-35 kV se v domácích sítích nepoužívá. Tento neutrální režim uzemnění je široce používán v USA, Kanadě, Austrálii, Velké Británii a příbuzných zemích. Najde uplatnění ve čtyřvodičových nadzemních sítích vysokého napětí 4-25 kV. Jako příklad je na obr. 5 znázorněn úsek sítě 13,8 kV v USA. Jak je patrné z obr. 5, trolejové vedení je po celé délce a větvích opatřeno čtvrtým nulovým vodičem. Koncepcí výstavby sítě je minimalizace délky nízkonapěťových sítí s napětím 120 V. Každý soukromý dům je napájen vlastním snižovacím transformátorem 13,8/0,12 kV, připojeným na fázové napětí. Na obr. 5* je znázorněn takový jednofázový spotřebitelský transformátor s uzemněným středem vinutí NN. Hlavní vzduchové vedení je rozděleno do sekcí pomocí sekcí – recloserů. Transformátory každého jednotlivého spotřebiče a odbočky z vedení jsou chráněny pojistkami. Odlučovače se používají na odbočkách z linky k zajištění odstávky během mrtvé doby.
Tento způsob neutrálního uzemnění se nepoužívá v sítích obsahujících vysokonapěťové elektromotory. Jednofázové poruchové proudy v tomto případě dosahují několika kiloampérů, což je nepřijatelné z hlediska poškození statoru elektromotoru (tavení oceli při jednofázové poruše).

Rýže. 5. Schéma nadzemní čtyřvodičové distribuční sítě 4-25 kV USA.

Použití pevného neutrálního uzemnění ve vysokonapěťových sítích v Rusku je stěží nutné a je pravděpodobné v dohledné budoucnosti. Všechny domácí linky 6-35 kV jsou třívodičové a spotřebitelské transformátory jsou třífázové, to znamená, že přístup k budování sítě je výrazně odlišný od zahraničního. Výše uvedený případ pevného uzemnění neutrálu v kabelové síti 35 kV zásobující město Kronštadt je výjimkou. Toto rozhodnutí bylo záměrně učiněno projekčním ústavem vzhledem k tomu, že jednofázový poruchový proud v této síti je asi 600 A. Kompenzace je v tomto případě neúčinná a spolehlivé vysokonapěťové nízkoodporové odpory v Rusku neexistovaly. dobu, kdy bylo řešení implementováno.

• úroveň kapacitního proudu sítě;
• přípustný jednofázový poruchový proud na základě poškození v místě poškození;
• bezpečnost personálu a neoprávněných osob;
• přípustnost odpojování jednofázových poruch z hlediska návaznosti technologického cyklu;
• dostupnost rezervy;
• typ a vlastnosti použité ochrany.

© JSC “Novinky z elektrotechniky”
Použití materiálů stránek je možné pouze s písemným souhlasem redakce
Při citování materiálů je vyžadován hypertextový odkaz na web s uvedením autora

Přenos elektřiny na velké vzdálenosti se provádí prostřednictvím sítí vysokého napětí. Každá síť je navíc dotována vlastními ochrannými prostředky, které zajišťují její bezpečný provoz. Velikost napájecího napětí určuje obvod, kterým je nulový vodič uzemněn. Podle PUE se v sítích, kde napětí nepřesahuje 0.4 kV, používají pevně uzemněné neutrály a pro elektrické sítě s napětím v rozsahu 0.6 – 35 kV se předpokládá použití obvodů, ve kterých je neutrál izolován. Pro vedení 110 – 1150 kV je zajištěna instalace účinně uzemněných nulových vodičů – EZN. Tyto obvody pomáhají předcházet možnosti přepětí v případě zkratu v jedné fázi.

Definice obvodu, zařízení

Obvod EZH je určen pro použití v elektrických sítích nad 110 kV. V případě jednofázového zemního spojení je obvod reprezentován jako jednofázový zkrat. V poškozených oblastech se zpravidla vyskytují vysokonapěťové proudy. Díky aktivaci ochranného systému dojde k vypnutí nebezpečného napětí. Na základě toho účinně uzemněný neutrál je určen neutrál, který je uzemněn a je součástí obvodů elektrické sítě s napájením třífázového napětí vyšším než 1000 V a jehož obvodový koeficient je ≤ 1,4. V případě jednofázového zemního spojení se ve fázích, kde nedochází k poškození, zvýší napětí o hodnotu, která nepřesáhne hodnotu 1.4.

Pro výpočty se používá následující vzorec:

Pokud se takové schéma uzemnění používá ve vysokonapěťových energetických sítích, není třeba zvyšovat izolaci zařízení a samotných sítí. Navíc náklady na provoz a údržbu EZH jsou nižší.

Regulační požadavky

Podle předpisů PUE by maximální hodnota odporu uzemnění v elektrických sítích, jejichž struktura zahrnuje účinně izolovaný neutrál, neměla překročit 0.5 Ohma úroveň odporu umělých zemnících vodičů není menší než 1.0 ohmů. Toto pravidlo platí pro elektrické instalace nad 1000V s podmínkami zkratového proudu rovným nebo vyšším než 500A.

Obvody pevně uzemněného neutrálu a EZH jsou si téměř podobné. Působení obou je zaměřeno na prevenci obloukových přepětí – zkratové proudy se snižují umělým zvýšením nulových sekvencí. Za tímto účelem nejsou v rozvodnách uzemněny všechny neutrály transformátoru, ale pouze některé z nich. Lze použít i rezistory.

Výsledkem takových rozhodnutí je zvýšení napětí na celých vodičích. Je považována za jednu z nejvážnějších nehod zkrat mezi fázemi. Zkratové proudy, stejně jako napětí, přitom budou mít nižší hodnotu než v případě jednofázových zkratů. S ohledem na to se k provádění výpočtových akcí používají velké hodnoty charakteristické pro jednofázový zkrat.

Hlavním účelem účinně uzemněného neutrálu je jeho použití ve vysokonapěťových elektrických obvodech s napětím 110 kV nebo více. Použití tohoto schématu je také možné v sítích, kde napětí nepřesahuje 1000 V: v zařízeních s úplnou absencí jakékoli elektrické instalace a jejich instalace se zatím neplánuje, kde existuje riziko požáru nebo kde je instalováno zařízení, které může selhat nebo je výbušný.

Jinými slovy, účinně uzemněný neutrál se používá v elektrických sítích, kde napětí nepřesahuje 1000B, přičemž hlavní podmínkou je nepřítomnost požárních nebo výbušných zařízení a zařízení.

Největší efektivita použití EZH pozorované v městských elektrických sítích.

Specifikum fungování takového elektrického vedení spočívá v možnosti použití kabelu určeného pro 6 kV v elektrických sítích, kde je napětí 10 kV a koeficient zemního spojení nepřesahuje jednu jednotku. Díky tomu je možné přenést větší výkon, jehož koeficient je 1.73 a není nutná periodická výměna vypínačů a elektrických kabelů.

Jaké jsou výhody a nevýhody EZH?

V procesu použití účinně uzemněného neutrálu v elektrických sítích nad 110 kV jsou poskytovány následující výhody:

• Když dojde ke zkratu, obvody účinně uzemněných neutrálů zajišťují stabilizaci jejich potenciálů a zabraňují vzniku poměrně stabilního zemnícího oblouku.
• V případě zkratu je izolace kabelů a elektrických zařízení vystavena menšímu napětí. Díky tomu je možné použít izolační materiály, které mají menší rezervu bezpečnosti. Ekonomický efekt je následně zajištěn i snížením finančních nákladů na provoz sítí.
• Možnost instalace a použití selektivních automatických ochranných zařízení s krátkou dobou odezvy. Okamžitý provoz ochrany tak zabraňuje zhoršení stávajících poruch.

EZH však mají i některé nevýhody. Mezi ně patří:

• Bez ohledu na dobu a intenzitu zkratu je vadná oblast zcela bez napětí. Zpravidla kromě kompletní sady reléových elektrických ochranných systémů existují také automatické prostředky pro opětovné spuštění napětí. Pokud byl výpadek proudu proveden automaticky, zvyšuje se riziko přerušení dodávky napětí bez přerušení. To zase může negativně ovlivnit spotřebitele připojené k této síti a jejich produktivitu. S přihlédnutím ke všem těmto skutečnostem se nejzodpovědnější spotřebitelé elektřiny rozhodnou nainstalovat další zařízení, která zajistí nepřetržité napájení.
• Zkraty mají za následek zvýšené elektromagnetické pulsy, které negativně ovlivňují provoz a funkčnost komunikačních zařízení. Proto je zpravidla nutné jejich dodatečné promítání.
• Provoz EZH zahrnuje instalaci složitějších ochranných zařízení s minimální dobou odezvy v případě zkratu.
• Jsou-li zkratové proudy výrazně vyšší než přípustné hodnoty, generátorový soustrojí vypadne z režimu synchronizace. Jinými slovy, když dojde ke zkratu, generátor jakoby zpomalí.
• Vysokonapěťové proudy způsobené zkraty mohou poškodit kabel a jeho izolaci. Hrozí také mechanická destrukce izolačních zařízení na samotných silových vedeních, poškození kovových součástí statoru v generátoru, pokud dojde k průrazu izolace do země.
• Při zvýšení krokového napětí, ke kterému dochází i při zkratu na kostru, se výrazně zvyšuje nebezpečí pro lidi – mohou dostat šok.
• V případě přerušení nulových vodičů a při absenci záložního uzemnění zůstává elektrické zařízení používané v objektu prakticky bez ochrany.

Sčítání

Shrneme-li vše výše uvedené v článku, lze princip fungování elektrických sítí s účinně uzemněnými neutrály popsat následovně: při výskytu zemních poruch je většina z nich doprovázena vysokým zkratovým proudem, po kterém se samy eliminují jako jakmile se vypne přívod napětí do sítě. Po automatickém opětovném zapnutí napětí v elektrickém přenosovém vedení je jeho provoz zcela obnoven.

Pokud je uzemněna pouze část transformátorů, vede to ke snížení zkratových proudů. Pokud například rozvodna zahrnuje instalaci dvou transformátorových instalací, pouze jedna z nich bude připojena k uzemňovacímu zařízení.