Однофазные замыкания на землю

3.2. Меры предосторожности при эксплуатации

Основная проблема — необходимость постоянной уверенности в том, что в процессе эксплуатации схема TN-S не трансформируется в схему TN-C, так как это может вызвать опасные нарушения в случае большого тока в нулевом рабочем проводнике.

3.2.1. Гармонические токи в нейтрали

Причиной прохождения в нормальном режиме работы токов большой силы в нулевом рабочем проводнике являются некоторые типы нелинейной нагрузки, получающие всё большее распространение в электрораспределительных системах (1):
компьютерная нагрузка с импульсными блоками питания (ПК, периферия и т.д.); балласт люминесцентного освещения. Такие нагрузки генерируют гармонические помехи, способствующие прохождению сильного тока нулевой последовательности в нулевом рабочем проводе. Эти гармонические токи имеют следующие характеристики: гармоника 3-го порядка или порядка, кратного трем; почти установившийся характер (с момента запитывания нагрузок); большие амплитуды (в любом случае значительно превышающие токи небаланса).
Рис. 20 — Прохождение гармоник 3-го порядка

Действительно, учитывая их в 3 раза более высокую частоту и их фазовый сдвиг с шагом 2я/3, только токи гармоники 3-го и кратного трем порядка складываются в нейтрали, а не аннулируются. Гармониками остальных порядков можно пренебречь. Эта проблема может иметь несколько решений: рассчитать параметры нулевого рабочего проводника «с запасом»; добиться максимально возможного баланса нагрузок; включить в цепь трансформатор с соединением обмоток Y/A, блокирующий гармонические токи 3-го порядка.
НЭК, в котором защита нейтрали не предусмотрена, рекомендует увеличивать сечение нулевого проводника в два раза.
Исследование питания компьютерной нагрузки, выполненное в 1990 году, показало, что:
на значительной части объектов ток нейтрали составляет порядка 25 % среднего фазного тока;
на 23 % объектов ток нейтрали превышает фазный ток.

3.2.2. Точность измерений в устройствах ЗЗЗ

В системе TN-S влияние отсутствует. Однако необходимо очень тщательно следить за тем, чтобы схема типа TN-S не трансформировалась в TN-C . В схеме TN-C нулевой рабочий проводник и проводник РЕ объединены. Токи нейтрали (в частности, гармоники) циркулируют в PEN и в конструкциях. В проводнике PEN эти токи могут создавать помехи для чувствительного оборудования: за счёт излучения конструкций;
за счёт потери эквипотенциальности между двумя единицами оборудования. Такие же проблемы возникают при превращении схемы TN-S в схему TN-C. Результаты измерения токов головными устройствами защит от замыкания на землю становятся ошибочными: рабочие токи нейтрали могут быть приняты за токи повреждения; проходящие по нулевому рабочему проводнику токи повреждения могут вызвать загрубление или ложное срабатывание устройств защиты от замыкания на землю.

Рис. 21а-Превращение TN-S в TN-C
Примеры
Случай 1: повреждение изоляции на нулевом рабочем проводнике
Схема TN-S трансформируется в схему TN-C в случае повреждения изоляции нулевого рабочего проводника. Это повреждение неопасно, поэтому нет необходимости выводить из работы электроустановку. Но прохождение токов выше поврежденного участка может вызвать сбои в работе устройств защиты от замыкания на землю.
Поэтому нужно проверять отсутствие повреждения этого типа в электроустановке.

Случай 2: схема с несколькими источниками питания и точками заземления

Рис. 216 — Схема с несколькими источниками питания и точками заземления, с проводником PEN
Такой случай встречается часто, например при расширении электроустановки. Как только два (или более) источника питания соединяются с несколькими точками заземления, нулевые рабочие проводники, расположенные выше соединений, превращаются в PEN.
Примечание: единое заземление двух источников уменьшает проблему (прохождение тока нейтрали в конструкциях), но:
нулевые проводники, расположенные выше соединений, являются PEN;
правильно разработать такую схему довольно сложно.
Примечание: в схемах используются следующие условные обозначения:

Нейтраль
РЕ
PEN

Компенсационные меры защиты

Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

Напряжение сети, кВ 6 10 20 35
Емкостный ток, А 30 20 15 10

При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

Конструкция ДГР

Конструктивно ДГР близка к масляным трансформаторам: бак, заполненный трансформаторным маслом, в который помещена магнитная система с обмоткой. Сама магнитная система представляет собой регулируемую катушку индуктивности.

В настоящее время эксплуатируются различные виды ДГР, которые могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек или изготавливаться с возможностью регулировки. В связи с этим различаются следующие конструкции магнитопровода:

  • с распределенным воздушным зазором;
  • плунжерного типа;
  • с подмагничиванием.

В ДГР имеющих магнитопровод с распределенным воздушным зазором, регулирование может отсутствовать вовсе или осуществляется за счет переключения ответвления для ступенчатого регулирования сопротивления.

В ДГР плунжерного типа имеет магнитную систему с перемещающимися стержнями, которые плавно регулируют воздушный зазор внутри обмотки. Стержни перемещаются с помощью электропривода, что обеспечивает плавное регулирование сопротивления реактора. ДГР с подмагничиванием магнитопровода постоянным током работает по принципу магнитного усилителя. При подмагничивании магнитопровода изменяются его магнитное сопротивление и, соответственно, индуктивное сопротивление реактора.

Для отстройки индуктивности ДГР оснащаются системами управления. По конструкции систем регулирования их можно разделить на:

  1. ДГР с ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;
  2. ДГР с приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;
  3. ДГР не имеющие возможности регулирования индуктивности системой управления не оснащаются.

Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.

Ссылка на основную публикацию