Нейтральная система - одиночная или заземленная? (Фото: Подрядчики электрификации WM Dyer)
В распределительной системе трехфазная нагрузка является дисбалансом и нелинейной, поэтому нейтральность играет очень важную роль в системе распределения.
Как правило, распределительные сети работают в несбалансированной конфигурации, а также обслуживают потребителей. Это вызывает протекание тока через нейтральный проводник и падение напряжения на нейтральном проводе. Несбалансированная нагрузка и чрезмерный ток в нейтральном проводе являются одной из проблем трехфазных четырехпроводных распределительных систем, которые вызывают падение напряжения через нейтральный провод и создают трудности для клиентов.
Существование нейтрального напряжения на землю создает дисбаланс в трехфазных напряжениях для трехфазных потребителей и снижение напряжения фазы до нейтрали для однофазных потребителей.
Многоэтажное трехфазное четырехпроводное обслуживание широко используется в современных системах распределения электроэнергии из-за более низких затрат на установку и более высокой чувствительности защиты от отказа, чем трехфазное трехпроводное обслуживание.
Нейтралы играют важную роль в проблемах качества и безопасности электроэнергии. Многоцелевая нейтральная система является преобладающей электрической распределительной системой, используемой в Соединенных Штатах.
Это позволяет неконтролируемому количеству электрического тока беспрепятственно протекать по земле, создавая потенциальную опасность для населения и животных, вызывающих электрошоки, и считается ответственным за необнаруженные электротоки.
Защитное заземление, используемое в приложениях с низким напряжением, 600 вольт и ниже, будет описано и использовано для объяснения опасностей, связанных с современной многонаправленной нейтральной распределительной системой, используемой в Соединенных Штатах. Это позволит читателю увидеть параллели между безопасной распределительной системой низкого напряжения и нейтральной распределительной системой с заземлением с опасным средним напряжением.
Причины развития трехфазных четырехпроводных многофазных систем связаны с соображениями безопасности и экономики. Трехфазный четырехпроводный многоцелевой дизайн успешно используется в течение многих лет и хорошо документирован в стандартах, включая Национальный электрический кодекс (NEC). Решающим решением является принятие Multi Grounded Neutral System «сэкономить деньги» путем принятия многоцелевой нейтральной электрической распределительной системы в стоимость общественной безопасности.
верхний
Многоцелевая нейтральная система (MEN)
Трехфазный четырехпроводный многоканальный нейтральный
Рисунок слева показывает многополюсные нейтральные системы, обычно используемые электрическими сетями в Северной Америке. Нейтральный заземляющий реактор используется некоторыми утилитами для снижения имеющегося тока замыкания на землю, в то же время поддерживая эффективно заземленную систему.
Система заземления с нейтралью с несколькими заземлениями (MEN) - это схема, в которой нейтральный проводник низкого напряжения используется как обратный путь низкого сопротивления для токов повреждения и где его потенциальное повышение поддерживается на низком уровне, поскольку оно связано с землей в нескольких местах вдоль его длина. Нейтральный проводник соединен с землей на распределительном трансформаторе, на каждом устройстве потребителя и на определенных полюсах или подземных колоннах. Сопротивление между нейтральным проводником распределительной системы и землей не должно превышать 10 Ом в любом месте.
NEC Статья 250 Часть X Заземление систем и цепей 1 кВ и сверх (высокое напряжение)
- Многократное заземление: нейтраль заземленной нейтральной системы разрешается заземлять в более чем одной точке.
- Многожильный нейтральный проводник: заземляйте каждый трансформатор, заземление с интервалом 400 м или менее, заземленные экранированные кабели, где контакт с персоналом.
Одиночный заземленный нейтральный
Трехфазный четырехпроводный однофазный заземленный
Рисунок слева показывает одиночную заземленную нейтраль, которая отличается от многополюсной системы. На рисунке показана нейтраль, также подключенная к земле, но нейтральный проводник удлиняется вместе с фазными проводниками. Конфигурация, показанная на рисунке, позволяет устанавливать электрические нагрузки, трансформаторы между любыми тремя фазовыми проводниками, междуфазными и / или фазово-нейтральными.
Это соединение, фаза-нейтраль, заставит электрический ток протекать по нейтрали обратно к трансформатору. До сих пор это электрическое соединение приемлемо, если нейтраль изолирована или подвергается воздействию потенциальной энергии, но в будущем будут сделаны изменения, которые будут отрицать безопасность для населения и животных.
Соединение заземления обычно размещается в распределительной подстанции. Это может показаться незначительным, но различия значительны
верхний
Преимущества нескольких заземленных нейтральных систем
(1) Оптимизировать размер разрядника:
- Ограничители перенапряжения применяются к силовой системе, основанной на напряжении между линиями и землей при нормальном состоянии и ненормальных условиях. В условиях замыкания на землю линейное напряжение может увеличиться до 1, 73 на единицу на двух, без изменений.
- Применение ограничителей перенапряжений на энергосистеме зависит от эффективности заземления системы. Условие превышения напряжения, которое может возникать во время замыкания на землю, может быть сведено к минимуму, поддерживая полное сопротивление нулевой последовательности. Поэтому оптимизация в определении размеров ограничителей перенапряжений в системе зависит от заземления системы.
- Эффективно заземленная энергосистема позволяет использовать более низкий номинальный разрядник. Более низкий номинальный ограничитель перенапряжений обеспечивает лучшую защиту от перенапряжений по более низкой цене. Эффективно заземленная система может быть выполнена только с использованием правильно заземленной системы с минимальным заземлением.
- При использовании системы с одиночной заземленной нейтралью необходимо использовать полные линейные разрядники номинального напряжения. Это увеличивает стоимость разрядников, в то же время снижает защиту, обеспечиваемую ограничителем перенапряжения. Кроме того, если четвертая нейтральная проводка не заземлена много, то было бы целесообразно размещать ограничители перенапряжений в соответствующих местах на этом проводнике.
(2) Импульс нулевой последовательности ниже для многоканальной системы, чем одноточечная заземленная нейтральная система.
(3) Замораживание и арктические условия оказывают неблагоприятное влияние на импеданс нулевой последовательности. Многоэлементная нейтраль системы все еще будет понижать импеданс нулевой последовательности на одноточечном заземлении. На самом деле, без многофазной системы, более вероятно, что недостаточный ток короткого замыкания будет протекать, чтобы должным образом управлять защитой от замыкания на землю.
(4) Стоимость оборудования для многоземной системы ниже.
(5) Проблемы безопасности на кабельных экранах.
-
Кабели среднего и высокого напряжения обычно имеют экраны кабелей (требования NEC выше 5 кВ), которые необходимо заземлить. Для этого щита есть несколько причин:
- Чтобы ограничить электрические поля в кабеле
- Чтобы получить равномерное радиальное распределение электрического поля
- Для защиты от индуцированных напряжений
- Для снижения опасности удара
Если экран не заземлен, опасность удара может быть увеличена. При заземлении экрана в одной точке индуцированное напряжение на экране может быть значительным и создавать опасность удара. Поэтому распространенная практика заключается в том, чтобы использовать множество оснований на экране, чтобы поддерживать напряжение до 25 вольт.
Эта практика использования экранов с несколькими заземляющими кабелями включает заземление концентрических нейтралов на силовых кабелях, тем самым расширяя потребность в многократном заземлении нейтралов на энергосистеме.
верхний
Недостатки множественного нейтрального заземления
(1) Меньше электробезопасности в государственной и частной собственности.
- При использовании многоцелевой нейтральной распределительной системы необходимо иметь электрическое соединение с землей не менее 4 раз на милю, чтобы поддерживать напряжение на многонаправленной нейтрали от превышения примерно 25 вольт, что делает его безопасным для линейных участников, если они вступают в контакт с нейтральной и земной.
- В соответствии с Правилом NESC 096 C в секции с многожильным нейтральным проводником, соединенным с землей не менее 4 раз за милю, и на каждом трансформаторе и грозозащите есть много путей над землей и через нее, что опасный электрический ток может протекать непрерывно, неконтролируемый.
- Невозможно определить путь прохождения этого тока по земле. Мы не можем поместить изотоп на каждый электрон и проследить его путь, поскольку он течет неконтролируемым через Землю. Безответственно допускать попадание неконтролируемого электрического тока в частную собственность.
- В Национальном электрическом кодексе (NEC) требуется нейтраль в отключении обслуживания, а также над панелью, которая должна быть подключена к земле. Теперь вторичная нейтраль подключается к земле во второй раз. В настоящее время существует параллельное соединение нейтрали с землей, позволяющее беспрепятственно беспрепятственно протекать через электрический ток опасного электрического тока.
(2) Защита реле защиты от замыкания на землю сложна.
Преимущества одиночной заземленной нейтральной системы
(1) Более надежная и безопасная система.
(2) Настройка реле защиты проще в одиночном заземлении Нейтральное:
-
Защитные реле должны воспринимать ненормальные условия, особенно те, которые связаны с замыканием на землю. Одноточечная заземленная система с нейтральным проводником или без него, ток, текущий в землю, следует считать ненормальным (исключая нормальный зарядный ток). Для обнаружения замыканий на землю:
Реле замыкания на землю в нейтральном положении
- Трансформатор тока в месте заземления нейтрали может использоваться для измерения тока замыкания на землю (нулевой последовательности).
-
Тестовая цепь с нулевой последовательностью, включающая трехфазные и нейтральные проводники.
Остаточная цепь КТ
- Четыре цепи остатка ТТ (три остатка ТТ с нейтральным антагонизмом CT).
- Защита от замыканий на землю в многополюсной нейтральной системе сложнее, чем одноточечная заземленная система, так как должны учитываться как нейтральные, так и токи замыкания на землю.
- Нейтральный ток и аналогичный ток замыкания на землю могут протекать как по нейтрали, так и по земле. Итак, мы должны рассчитать как ток, так и величину нейтрального тока, который может протекать в цепи, а настройка замыкания на землю должна быть выше этого нейтрального тока. Это самоочевидно из рис.
(3) Измерение тока замыкания на землю:
Хотя чувствительность тока замыкания на землю в одноточечной заземленной системе менее сложна, чем многостанционная система, величина тока замыкания на землю в одноточечной заземленной системе может быть значительно ограничена из-за того, что весь ток замыкания на землю должен вернуться через землю. Это особенно верно, когда удельное сопротивление земли велико, почва замораживается или почва чрезвычайно сухая.
РЕКОМЕНДАЦИИ:
- Джон П. Нельсон, IEEE ANSI / IEEE Std 142-1991
- Westinghouse Electric Corporation, Электрическая передача и распространение Справочник NFPA 70
- Джеффри Лейб, «Поезд-автокатастрофы на подъеме», газета «Денвер пост», 7 ноября 2002 года
- RT Beck и Luke Yu, соображения проектирования для систем заземления