Замыкания на землю и состояние нейтрали
Чтобы идентифицировать замыкания на землю в сети и, следовательно, осуществлять эффективную защиту, необходимо знать, как работает нейтраль. Идентификация замыканий на землю производится с помощью измерений напряжения и / или гомополярного тока, и поэтому знание о существовании и порядке этих параметров является основополагающим в возможности выбора и установки системы защиты.
Определите защиту, но сначала определите ошибки заземления и статус нейтральной (фото-кредит: ABB)
В отличие от защиты от перегрузки или многофазного короткого замыкания, никакие сигналы (напряжение или ток) обычно не попадают в защитные устройства, которые должны идентифицировать неисправности заземления, но, с другой стороны, возникает только при наличии замыкания на землю в сети.
Это условие делает систему защиты очень простой, обычно требуется только один порог (напряжение и / или ток) с относительно коротким временем срабатывания.
Анализируя различные типы статуса нейтрали, можно определить типы защиты, которые могут быть связаны.
- Изолированные нейтральные
- Прочно заземленная нейтральная
- Нейтральное заземление посредством сопротивления
- Нейтральное заземление с помощью импеданса (катушка Петерсена)
1. Изолированный нейтральный
В сетях с изолированной нейтралью не происходит циркуляции гомополярного тока сознательно (посредством систем заземления) в случае неисправности между фазой и землей. Тем не менее, существует циркуляция гомополярного тока на установке, связанная с фазовыми мощностями машин и кабелей (что касается трансформаторов, мощности на фазе до земли очень малы, и их можно упускать из виду).
Сложность (при любой настройке сети может быть обнаружена для запуска) возможности распознавания замыканий на землю с использованием выборочных защит, которые измеряют ток повреждения, можно вывести из этого.
Единственным способом обеспечить идентификацию неисправности является измерение гомополярного напряжения. Гомополярное напряжение - это напряжение, обычно равное нулю при отсутствии неисправности и отличное от нуля только при наличии замыкания фазы на землю.
К сожалению, гомополярная защита по напряжению (как и вся защита напряжения) не относится к избирательному типу. Это означает, что он (гомополярная защита по напряжению) не может определить положение неисправности, но может указывать только на наличие неисправности в сети без указания его положения.
Сети с изолированным нейтральным
Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:
- Гомополярный ток только от емкостного вклада (работа металлически взаимосвязанной сети) переменного значения в любом случае и, в общем, не гарантируется для всех условий, в которых сеть может быть запущена. Идентификация неисправностей не всегда определяется с помощью гомополярного текущие измерения.
- Гомополярное напряжение всегда присутствует в случае замыкания на землю. Это определенная идентификация, но с неопределенностью, связанной с положением неисправности, поскольку вольтметрический сигнал практически одинаковый для всей сети и не позволяет избирательно идентифицировать.
- Угол между напряжением и гомеополярным током - ток заранее на 90 ° по сравнению с напряжением (емкостной тип сети).
2. Прочно заземленная нейтральная
С заземленной нейтралью однофазный ток замыкания на землю находится в том же порядке, что и ток короткого замыкания для многофазных неисправностей.
Следовательно, возможна простая и выборочная идентификация неисправностей с помощью средств защиты, которые измеряют гомополярный ток (или гомополярная защита даже может быть опущена, и используется только фазовая защита).
Сети с прочно заземленной нейтралью
Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:
Гомополярный ток большой величины - поэтому идентификация неисправностей посредством измерения тока всегда определяется и выборочным типом (часть сетевого места неисправности может быть идентифицирована правильно).
Гомополярное напряжение - если это напряжение измеряется между звездой и землей, напряжение равно нулю, тогда как если измеряется векторная сумма трехфазных напряжений, это отличается от нуля и дает указание на ошибку в сети (но не избирательного типа).
Угол между напряжением и гомополярным током - ток задерживается (типичные значения 75-85 °) по сравнению с напряжением (индуктивный тип сетевого источника).
3. Нейтральное заземление с помощью сопротивления
Заземление нейтрали посредством сопротивления позволяет получить определенный ток в случае неисправности и, следовательно, иметь возможность проводить выборочную защиту сети.
В зависимости от значения установленного сопротивления получены значения тока повреждения, которые являются более высокими или менее высокими, но:
- Чем ниже ток повреждения, тем меньше повреждение машин.
- Чем выше ток повреждения, тем легче выявляется неисправность (и требуется защита с более низкой чувствительностью).
Сети с нейтральным заземлением посредством сопротивления
Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:
Гомополярный ток известной величины. Идентификация неисправностей возможна путем измерения гомополярного тока. Поэтому защита является селективным типом.
Гомополярное напряжение - если это напряжение измеряется между звездой и землей, напряжение изменяется в зависимости от значения сопротивления заземления. Для сопротивления заземления с высоким значением возвращается к ситуации изолированной нейтрали, для заземляющих сопротивлений очень малого значения, одна падает обратно в положение прочно заземленной нейтрали.
Если измеряется векторная сумма трехфазных напряжений, она отличается от нуля и указывает на ошибку в сети (но не на селективный тип).
Угол между напряжением и гомополярным током - теоретически равен нулю (по фазе). В действительности, угол в любом случае является емкостным для вклада наземной емкости сети.
Существуют различные способы создания заземления сети в зависимости от наличия или отсутствия этой точки звезды, как показано на рисунке.
Способы создания заземления сети в зависимости от наличия или отсутствия этой точки (нажмите, чтобы развернуть)
4. Нейтральное заземление с помощью импеданса
Катушка Петерсена
Заземление нейтрали посредством импеданса позволяет компенсировать сетевые емкостные токи и, следовательно, уменьшать ток до относительно небольших значений в случае неисправности (в Италии утилит ограничивает ток повреждения до 40-50 А) и с неисправностью угол около нуля (компенсированная сеть).
Сети с нейтральным заземлением с помощью импеданса (катушка Петерсена)
Гомополярный ток, гомополярное напряжение и угол между напряжением и гомополярным током в сети:
Гомополярный ток известного значения. Возможна идентификация неисправностей посредством измерения гомополярного тока. Поэтому защита является селективным типом.
Гомополярное напряжение. Измерение векторной суммы трехфазных напряжений отличается от нуля и указывает на ошибку в сети (но не на селективный тип).
Угол между гомополярным напряжением и током - теоретически равен нулю (настроен на сеть). На самом деле, угол может в любом случае слегка отклоняться как заранее, так и задерживаться в соответствии с настройкой реактивного сопротивления компенсации и изменениями в настройке сети.
Измерение тока замыкания на землю и идентификация фазы повреждения
С момента появления, сначала электронных, а затем цифровых защит, которые имеют низкое поглощение по токовому контуру, было возможно использование трансформаторов типа кольца (которые в целом могут давать очень малые характеристики). Это позволяет определить векторную сумму измеряемого потока вместо векторной суммы трех токов (остаточное соединение).
Соединение Holmgreen - принцип соединения, когда ток замыкания на землю измеряется через остаточное соединение трехфазных трансформаторов тока. Стабилизирующий резистор соединен последовательно с током замыкания на землю защитного реле. Целью резистора, зависящего от напряжения, является ограничение напряжения вторичной цепи на безопасном уровне. Необходимость в VDR зависит от конкретного случая и может быть проверена путем вычисления.
Когда гомополярная защита от перегрузки по току подключена к остаточному соединению фазных КТ (соединение Холмгрина), он выполняет векторную сумму токов. Следовательно, на результат влияют апериодические компоненты, связанные с намагничиванием трансформаторов или пуском двигателя.
В этом случае требуются очень консервативные настройки защиты, и стабильность их обычно не гарантируется (риск нежелательных поездок). Поэтому предлагается систематически использовать (очевидно, где это возможно) КТ типа кольца, связанные с гомополярной максимальной токовой защитой.
В случае, когда необходимо определить, какая из фаз является местностью замыкания на землю, идентификация возможна с использованием защиты от пониженного напряжения с измерением для каждой независимой фазы, связанной между фазой и землей (очевидно, для вторичной трансформации напряжения).
Ссылка // Полное руководство по хорошей защите сетей среднего напряжения от ABB