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Isolierter Neutralleiterkreis. Isoliert neutral. Gerät und Arbeit. Anwendung

Wie Sie wissen, werden elektrische Netze je nach Spannungsklasse unterteilt – bis und über 1000 V. Der Neutralleiter ist ein üblicher Wicklungspunkt für im Stern geschaltete Transformatoren und Generatoren. Wenn der Wicklungskreis ein Dreieck ist und Null benötigt wird, können wir uns an den Stromkreis erinnern. Wir werden nur Netzwerke betrachten Wechselstrom.

Arten der neutralen Erdung in Netzen bis 1 kV

IN elektrische Netzwerke Bei Spannungen bis 1000 V ist es üblich, drei neutrale Erdungssysteme zu verwenden: TN, IT, TT. Jeder der Buchstaben hat eine bestimmte Bedeutung, lasst es uns herausfinden:

  • Der 1. Buchstabe beschreibt, wie der Neutralleiter der Stromversorgung geerdet wird.
    • T (Terra) – toter Erdungsneutralleiter
    • I (isolieren) – neutral ist isoliert (und – isoliert, leicht zu merken)
  • Der 2. Buchstabe beschreibt die Methode zur Erdung freiliegender leitfähiger Teile (HFC).
    • N (Neutral) – HFKW werden über den fest geerdeten Neutralleiter der Stromversorgung geerdet
    • T – HRE sind unabhängig von der Stromversorgung geerdet

Das TN-System wiederum ist in drei Subsysteme unterteilt – TN-C, TN-S und TN-C-S. Im Rahmen dieses Subsystems bezeichnen die dritten Buchstaben (C – kombinieren, S – trennen) die Kombination oder Trennung der Funktionen des Nullschutzleiters (PE) und des Nullarbeitsleiters (N) in einer Ader.

Betrachten wir nun jedes System genauer.

TN-Erdungssystem

In diesem System ist der Neutralleiter fest geerdet und die freiliegenden leitenden Teile werden über diesen fest geerdeten Neutralleiter geerdet. Fest geerdet – das bedeutet, dass der Neutralleiter direkt mit der Erdungsvorrichtung (durch Bolzen, Schweißen) oder über einen niedrigen Widerstand (Stromtransformator) verbunden ist.

In Netzen bis 1 kV wird ein geerdeter Neutralleiter zur Versorgung einphasiger und dreiphasiger Lasten verwendet.

TT-Erdungssystem

Das TT-System geht davon aus, dass der Neutralleiter der Stromversorgung fest geerdet ist und die HREs der Geräte über ein Erdungsgerät geerdet sind, das nicht elektrisch mit dem Neutralleiter der Quelle verbunden ist. Das heißt, ein Schutzleiter PE entsteht beim Verbraucher selbst und stammt nicht aus einer Stromquelle.

IT-Erdungssystem


In einem IT-System ist der Neutralleiter des Generators oder Transformators durch Geräte mit hoher Impedanz isoliert oder geerdet, und die HREs sind unabhängig voneinander geerdet. Dieses System wird nicht für Wohngebäude empfohlen, da dort der erste Erdschluss keine Stromunterbrechung erfordert. Dabei kann es sich um Elektroinstallationen mit erhöhten Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung handeln.

Arten der neutralen Erdung in Stromnetzen über 1 kV

In Netzen mit Spannungen über 1000 V werden ein isolierter (ungeerdeter) Neutralleiter, ein effektiv geerdeter Neutralleiter und ein resonant geerdeter Neutralleiter verwendet. Ein geerdeter Neutralleiter wird nur in Netzen bis 1 kV verwendet.


Historisch gesehen das erste Erdungssystem. Der Sternpunkt der Stromversorgung ist nicht mit der Erdungsvorrichtung verbunden. Die Wicklungen sind in einem Dreieck verbunden und es stellt sich heraus, dass es keinen Nullpunkt gibt. Es wird für Spannungen von 3-35 kV verwendet.


Diese Art der Erdung wird in Netzen mit Spannungen über 110 kV verwendet. Der Vorteil besteht darin, dass bei einphasigen Fehlern auf unbeschädigten Phasen die Spannung gegen Erde im Normalbetrieb 0,8 Phase-Phase beträgt. Bei diesem System wird die Erdschleife selbst unter Berücksichtigung des Flusses hoher Kurzschlussströme hergestellt, was sie kompliziert und teuer macht.


Es wird in Netzen von 3 bis 35 kV verwendet. Wird verwendet, um die Stärke von Kurzschlussströmen zu reduzieren. Historisch gesehen war dies die zweite Möglichkeit, den Neutralleiter zu erden. Die Erdung durch einen Widerstand wird auf der ganzen Welt durch einen Reaktor verwendet – in den Ländern der ehemaligen Sowjetunion.

Erdung durch den Reaktor – ohne Kurzschluss ist der Strom durch den Reaktor gering. Wenn ein Leiter-Erde-Fehler auftritt, fließen ein kapazitiver Kurzschlussstrom und ein induktiver Drosselstrom durch den Fehler. Wenn ihr Wert gleich ist, gibt es an der Stelle des Stromkreises keinen Strom (Resonanzphänomen).

Die Erdung über einen Widerstand kann niederohmig und hochohmig erfolgen. Der Unterschied in der vom Widerstand erzeugten Strommenge, wenn ein Erdschluss auftritt. Hochohmig wird in Netzen mit geringen kapazitiven Strömen eingesetzt, in diesem Fall muss der Kurzschluss nicht sofort abgeschaltet werden. Bei hohen kapazitiven Strömen hingegen kommt eine niederohmige Erdung zum Einsatz.

Die Wahl der Arten der neutralen Erdung hängt von folgenden Faktoren ab:

  • kapazitiver Stromwert des Netzwerks
  • zulässiger Wert des einphasigen Kurzschlusses
  • die Möglichkeit, einen einphasigen Stromkreis abzuschalten
  • Art und Art des Relaisschutzes
  • Personensicherheit
  • Verfügbarkeit einer Reserve

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Eine weitere Möglichkeit, das Auftreten eines Lichtbogens und der damit verbundenen Überspannungen bei einem einphasigen Erdschluss zu verhindern, ist die potenzialfreie Erdung des Neutralleiters. Ein fest geerdeter Neutralleiter ist ein Transformator- oder Generator-Neutralleiter, der direkt an ein Erdungsgerät angeschlossen ist.

Einphasiger Erdschluss (z. B. Phasen A) in Systemen mit Gehörlosen geerdeter Neutralleiter(Abb. 1.5) liegt ein Kurzschluss vor, da die beschädigte Phase durch die Erde und den Neutralleiter des Transformators oder Generators kurzgeschlossen wird. Der Strom an der Fehlerstelle wird nur durch die Widerstände der Netzteile begrenzt und ist daher ein Kurzschlussstrom. Gleichzeitig gibt es praktisch keinen Fehlerstrom: Er hängt vom Wert des Isolationswiderstands und der Kapazität des Systems relativ zur Erde ab Y 0 » Y A ; Y 0 » Y B ; Y 0 » Y C ; Y 0 = l/r 3 , also der Strom. einphasiger Kurzschluss Erde , z.B. Phasen A, wird durch den Ausdruck definiert

diese. bei tauber Erdung des Neutralleiters (r 3 -> 0; Y 0 -> ∞) der Wert ICH 3 A kann sehr haben sehr wichtig(Tausende Ampere). Die Spannungen der unbeschädigten Phasen gegen Erde werden durch die geometrische Summe der Normalspannungen bestimmt U " B Und U " C und kleine zusätzliche Komponenten aufgrund des Widerstands der Wicklungen von Transformatoren und Versorgungskabeln; aber die Mengen U " B Und U " C weniger als 0,8 U L .

Bei einem einphasigen Erdschluss in einem System mit nicht geerdetem Neutralleiter unterdrückt der einphasige Kurzschlussstrom den kapazitiven Strom und aktiviert den Relaisschutz, der den beschädigten Teil des Systems abschaltet.

I 3A U’ C U’ B

Reis. 1.5. Systemspannung über 1000 V mit fest geerdetem Neutralleiter:

a-design-Ersatzschaltung im Notbetrieb; b- Vektordiagramm der Spannungen.

Die Reduzierung einphasiger Kurzschlussströme in einem System mit fest geerdetem Neutralleiter wird durch die Neutralleitererdung einiger Systemtransformatoren oder durch die Einführung eines strombegrenzenden Widerstands (aktiv) erreicht R oder induktiv L). Durch die Freilegung des Neutralleiters an einigen Transformatoren im System soll der Strom eines einphasigen Kurzschlusses auf den Wert des Stroms eines dreiphasigen Kurzschlusses reduziert werden, der die erforderliche Ausschaltleistung der Leistungsschalter bestimmt. In manchen Fällen führt die Reduzierung der Anzahl potenzialfreier Neutralleiter jedoch nicht zum Ziel, und der Betrieb des Systems wird komplizierter. Dann müssen Sie auf die Erdung des Neutralleiters der Systemtransformatoren durch einen Widerstand der einen oder anderen Art zurückgreifen. Gleichzeitig ist es jedoch nicht möglich, Überspannungen oder einen Spannungsanstieg der „gesunden“ Phasen relativ zur Erde im Notbetrieb vollständig zu beseitigen.

Bei der Erdung des Neutralleiters durch induktive Reaktanz X R(Reaktor) wird der Strom an der Fehlerstelle deutlich größer sein als der kapazitive Erdschlussstrom, jedoch nicht mehr als die zulässigen Werte, begrenzt durch die Möglichkeit eines stabilen Lichtbogenfehlers zur Erde. Die Spannungen unbeschädigter Phasen gegenüber Erde betragen im Notbetrieb (0,8 ... 1,0) U l (Isolationsniveau – wie in Systemen mit isoliertem Neutralleiter). Neutraldrosseln erhöhen die Stabilität des Systems bei einphasigen Erdschlüssen und begrenzen Schaltüberspannungen auf akzeptable Grenzen.

Bei der Erdung des Neutralleiters durch aktiven Widerstand R Der Strom an der Fehlerstelle ist größer als der kapazitive Erdschlussstrom (aber kleiner als bei einer durchgehenden Erdung des Neutralleiters). X R) und die Spannungen unbeschädigter Phasen gegenüber Erde können höher sein als in einem System mit isoliertem Neutralleiter (1,73 ... 1,9) £ / f. Mit dem richtigen Wert R Die Stabilität des Systems ist bei einphasigen Erdschlüssen in der Regel höher als bei einem erdfreien Neutralleiter. Aus Sicht der Schaltüberspannungen ähneln Systeme mit einem über R geerdeten Neutralleiter Systemen mit einem fest geerdeten Neutralleiter (dem niedrigsten). Neutraler Erdung über R ist eine wirksame Maßnahme zur Vermeidung von Überspannungen bei Erdschlusstransienten, z Rüberbrückt die Kapazität des Netzwerks und verursacht einen aperiodischen Entladevorgang (die besten Ergebnisse werden in dieser Hinsicht bei einem Wert von erzielt). R, gleich X C =1 / JЗωС oder nahe daran. Zuverlässigkeit der neutralen Erdung durch R höher als durch x p. Strombegrenzende Wirk- und Blindwiderstände, die den Neutralleiter erden, wählen normalerweise einen solchen Wert, bei dem der Erdschlussstrom den möglichen maximalen Laststrom überschreitet.

Systeme mit durchgeerdetem Neutralleiter R, im Vergleich zu einem System, dessen Neutralleiter durchgehend geerdet ist X R haben folgende Nachteile: Um den gleichen Grad der Begrenzung des Erdschlussstroms zu erreichen, ist ein großer Widerstandswert erforderlich ( R), da der Reaktorwiderstand ( X p) addiert sich rechnerisch mit der induktiven Reaktanz des Systems, wodurch die Spannung im System und die Verlustleistung bei Kurzschlüssen größer sind; konstruktive Erfüllung R insbesondere in Hochspannungs- und Hochleistungssystemen, und die Baukosten sind höher als bei Reaktoren (die Kühlung wird komplizierter).

Somit ist die Einführung eines einphasigen Kurzschlusses in den Neutralleiter des Reaktors zur Strombegrenzung eine wirtschaftlich sinnvollere Maßnahme, die entsprechende Verbreitung gefunden hat. Der Anwendungsbereich der Neutralleiter-Erdungsmethode durch aktiven Widerstand beschränkt sich hauptsächlich auf Generatoren und Generatorspannungsnetze.

Die Hauptvorteile eines Systems mit toter Neutralleitererdung sind folgende: Das Neutralleiterpotential wird stabilisiert und die Möglichkeit stabiler Erdungslichtbögen und deren Folgen wird eliminiert; Der Betrieb der Isolierung bei Erdschlüssen und Erdschlüssen wird erleichtert, was es ermöglicht, entweder den Grad der Isolierung zu reduzieren (und damit Kosten zu sparen) oder die Zuverlässigkeit der Anlagen durch einen größeren Sicherheitsspielraum bei der Isolierung zu erhöhen Aufrechterhaltung des Isolationsniveaus im Vergleich zu anderen Methoden der neutralen Erdung; die Umsetzung eines klaren, zuverlässigen, selektiven und schnellen Relaisschutzes ist gewährleistet; Der Betrieb des Systems in Bezug auf den Neutralmodus wird erleichtert.

Allerdings hat ein System mit toter Neutralleitererdung eine Reihe von Nachteilen: Jeder einphasige Erdschluss ist ein Kurzschluss und der Relaisschutz schaltet den beschädigten Abschnitt sofort ab, d. h. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung ist unterbrochen, was den Einsatz von Hochgeschwindigkeitsgeräten zur automatischen Wiedereinschaltung zur Begrenzung von Stromunterbrechungen und die Implementierung von Systemen mit Redundanz für die verantwortungsvollsten Verbraucher erfordert. Dies führt zu erhöhten Kosten, zusätzlichen Investitionen und Schäden durch Unterversorgung mit Produkten ; es gibt einen erheblichen elektromagnetischen Effekt auf Kommunikationsleitungen, der zu einer Erhöhung der Kosten für deren Schutz führt; die Kosten für den Relaisschutz steigen aufgrund seines dreiphasigen Designs; Kurzschlussströme können bei Erdschlüssen sehr hohe Werte erreichen (über dreiphasige Kurzschlussströme hinausgehen), was die Ursache dynamischer Zerstörungskräfte ist, die sich auf einen erheblichen Teil des Systems erstrecken (Beschädigung des Statoreisens während der Isolierung). Schäden am Gehäuse, Kabelmantelbrüche, Zerstörung von Isolatorsträngen an Stromleitungen usw.); bei hohen Kurzschlussströmen sinkt das Synchronmoment (Synchronmotoren können langsamer werden und parallel betriebene Stationen können aus dem Gleichlauf geraten); es besteht Verletzungsgefahr für Personen durch hohe Berührungs- und Schrittspannungen durch Kurzschlussströme bei einem einphasigen Erdschluss; erhöhen die Kosten für Erdungsgeräte erheblich.

Die blinde Erdung der Neutralleiter elektrischer Anlagen verhindert nicht nur das Auftreten von Lichtbogenüberspannungen in diesen, sondern führt auch zu einer geringeren Isolierung gegenüber der Erde, wodurch Kosten gesenkt werden können und die Einsparungen mit zunehmender Netzspannung steigen. In diesem Zusammenhang hat der erdfreie Neutralleiter in Systemen mit einer Spannung von 110 kV und mehr breite Anwendung gefunden. Wenn es erforderlich ist, den Strom eines einphasigen Kurzschlusses zu begrenzen, wird der Neutralleiter eines Teils der Transformatoren geerdet.

Netze mit erdetem Neutralleiter werden auch in Systemen mit Spannungen bis 1000 V verwendet. Es empfiehlt sich der Einsatz in Drehstromnetzen mit einer Spannung von 220 und 380 V mit einem stark verzweigten Netz.

In modernen Stromnetzen werden Netze ab 110 kV mit wirksamer Erdung der Wicklungsneutralleiter betrieben Leistungstransformatoren. Netze mit einer Spannung von 35 kV und darunter arbeiten mit einem isolierten Neutralleiter oder einer Erdung durch Lichtbogendrosseln.
Jede Art der Erdung hat ihre Vor- und Nachteile.
In Netzwerken mit isoliertem Neutralleiter einphasiger Kurzschluss gegen Masse führt nicht zu einem Kurzschluss. Aufgrund der Kapazität der beiden Phasen zur Erde fließt am Fehlerort ein kleiner Strom. Bedeutsam kapazitive Ströme werden in der Regel ganz oder teilweise durch den Einbau einer Lichtbogendrossel in den Neutraltransformator kompensiert. Der aufgrund der Kompensation geringe Reststrom ist nicht in der Lage, den Lichtbogen an der Fehlerstelle aufrechtzuerhalten, so dass der beschädigte Bereich in der Regel nicht automatisch abschaltet. Ein metallischer einphasiger Erdschluss geht mit einem Spannungsanstieg auf unbeschädigten Phasen auf lineare Phasen einher, und wenn ein Fehler durch einen Lichtbogen auftritt, können Überspannungen auftreten, die sich auf das gesamte elektrisch verbundene Netz ausbreiten, das Bereiche mit geschwächter Isolierung enthalten kann. Zum Schutz von Transformatoren, die in Netzen mit isoliertem Neutralleiter oder mit Kompensation betrieben werden kapazitive Ströme Gegen die Auswirkungen erhöhter Spannungen erfolgt die Isolierung ihrer Neutralleiter für die gleiche Spannungsklasse wie die Isolierung der linearen Eingänge. Bei dieser Isolationsstufe sind keine Mittel zum Schutz der Neutralleiter erforderlich, mit Ausnahme von Ventilableitern, die parallel zur Lichtbogendrossel geschaltet sind.
In Netzen mit wirksamer Neutralleitererdung (Abb. 1.19) führt ein einphasiger Erdschluss zu einem Kurzschluss. Aktuell Kurzschluss(Kurzschluss) verläuft vom Fehlerort durch die Erde zu den geerdeten Neutralleitern der Transformatoren T1 Und T2 umgekehrt zum Widerstand der Zweige verteilt. Der beschädigte Abschnitt wird durch die Wirkung des Erdschlussschutzes außer Betrieb gesetzt. Durch Transformatoren (TK Und T4), deren Neutralleiter keine taube Masse haben, fließt der Strom eines einphasigen Kurzschlusses nicht.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass ein einphasiger Kurzschluss häufig vorkommt (bis zu 80 % der Kurzschlüsse in Stromnetzen sind einphasige Kurzschlüsse) und eine schwerwiegende Schadensart darstellt, werden Maßnahmen zur Reduzierung der Kurzschlussströme ergriffen. Eine dieser Maßnahmen ist die teilweise Erdung der Neutralleiter von Transformatoren.
Die Neutralleiter von Spartransformatoren sind nicht geerdet, da sie für die obligatorische Erdung der Enden der gemeinsamen Wicklung ausgelegt sind.
Die Anzahl der geerdeten Neutralleiter in jedem Abschnitt des Netzwerks wird durch Berechnungen ermittelt und als Minimum angenommen. Bei der Auswahl der Erdungspunkte für Neutralleiter im Stromnetz orientieren sie sich sowohl an den Anforderungen des Relaisschutzes hinsichtlich der Aufrechterhaltung eines bestimmten Niveaus der Erdschlussströme als auch an der Gewährleistung des Schutzes der Isolierung geerdeter Neutralleiter vor Überspannungen. Letzterer Umstand ist darauf zurückzuführen, dass alle 110-220-kV-Transformatoren von Hausanlagen über eine verringerte Neutralleiterisolierung verfügen. Bei 110-kV-Transformatoren mit Spannungsregelung unter Last entspricht der Neutralleiterisolationsgrad also der Standardspannungsklasse von 35 kV, was auf die Einbeziehung von Schaltgeräten mit einer Isolationsklasse von 35 kV auf der Neutralleiterseite zurückzuführen ist. Auch 220-kV-Transformatoren haben einen um eine Klasse abgesenkten Neutralleiter-Isolationspegel. Dies führt in allen Fällen zu einem erheblichen wirtschaftlichen Effekt, und zwar umso größer, je höher die Spannungsklasse des Transformators ist.
Die Wahl des angegebenen Isolationsgrads der Neutralleiter von Transformatoren, die für den Betrieb in Netzen mit effektiv geerdetem Neutralleiter vorgesehen sind, wird technisch durch den Spannungswert gerechtfertigt, der bei einem einphasigen Kurzschluss am Neutralleiter auftreten kann. Und es kann fast 1/3 der Netzspannung erreichen (zum Beispiel für 110-kV-Netze etwa 42 kV - effektiver Wert). Offensichtlich muss die Isolierung der 35-kV-Klasse des geerdeten Neutralleiters vor Überspannungen geschützt werden. Darüber hinaus bei Phasenunterbrechungsauslösungen (oder Verbindungen) von unbelasteten Transformatoren mit isoliertem Neutralleiter Übergangsprozess begleitet von kurzfristigen Anstiegen. Genug zuverlässiger Schutz Neutralleiter vor kurzzeitigen Überspannungen zu schützen, ist der Einsatz von Ventilableitern. Die Neutralleiter von 110-kV-Transformatoren werden durch 2xRVS-20-Ableiter mit der höchstzulässigen effektiven Löschspannung von 50 kV geschützt.
Die Praxis zeigt jedoch, dass nicht nur kurzfristige Überspannungen den Neutralleiter von Transformatoren beeinträchtigen können. Die Neutralleiter können durch die Netzfrequenz-Phasenspannung (für Netze 110 kV 65-67 kV) beeinträchtigt werden, was sowohl für die Isolierung des Transformators als auch für den Ableiter in seinem Neutralleiter gefährlich ist. Eine solche Spannung kann im phasenoffenen Schaltmodus durch Schalter, Trennschalter und Trenner von unbelasteten Transformatoren sowie in einigen Notfallmodi auftreten und für lange Zeit (zig Minuten) unbemerkt bleiben.

Reis. 1.19..

Phasenoffenes Schalten unbelasteter Transformatoren. Auf Abb. 1.20 zeigt einen dreiphasigen Transformator mit isoliertem Neutralleiter. Aus Vektordiagramm Es ist ersichtlich, dass bei symmetrischer Netzspannung und Schaltungsparametern auch die Magnetisierungsströme und magnetischen Flüsse im Kern symmetrisch sind, d. h. , und die Spannung am Neutralleiter Null ist.
Wenn ein Transformator Phase für Phase geschaltet wird, ändert sich sein elektrischer und magnetischer Zustand. Einschalten des Transformators von der mit dem Stern verbundenen Seite der Wicklung mit zwei Phasen (Abb. 1.20, B) führt zum Verschwinden des Flusses F Mit und das Auftreten einer Spannung, die der Hälfte der Phase entspricht, am Neutralleiter und an der abgeschalteten Phase:


Spannung an offenen Kontakten Schaltgerät

Wenn in einer Phase Spannung angelegt wird, werden alle Wicklungen des Transformators und sein Neutralleiter durch die geschaltete Phase mit Strom versorgt. Zwischen den offenen Kontakten des Gerätes liegt die Spannung D U = U l .
Im Betrieb kam es immer wieder durch die verzögerte Beseitigung der Leerlaufbetriebe unbelasteter Transformatoren zu Unfällen. Die beste Maßnahme zum Schutz der reduzierten Isolierung von Transformatoren vor gefährlichen Spannungen ist die taube Erdung ihrer Neutralleiter. Daher ist es vor dem Einschalten oder Trennen vom Netz (Trennschalter, Trenner oder Leistungsschalter) von 110-220-kV-Transformatoren, bei denen der Neutralleiter durch Ventilableiter geschützt ist, erforderlich, den Neutralleiter der eingeschalteten Wicklung zu erden unter Spannung oder getrennt, wenn es nicht an die gleichen Busse oder an die Versorgungsleitung eines anderen Transformators mit geerdetem Neutralleiter angeschlossen ist.
Tests haben ergeben, dass die taube Erdung des Transformator-Neutralleiters das Aus- und Einschalten der Magnetisierungsströme erleichtert. Der Lichtbogen brennt beim Abschalten des Transformators weniger intensiv und erlischt schnell.
Die Abschaltung des Erdungsschalters im Neutralleiter eines Transformators, der normal mit einem geerdeten Neutralleiter arbeitet und durch einen Überspannungsableiter geschützt ist, sollte unmittelbar nach dem Einschalten der Spannung und der Überprüfung des vollphasigen Einschaltens des Schaltgeräts erfolgen. Es ist unmöglich, den geerdeten Neutralleiter längere Zeit zu verlassen, wenn dies nicht durch die Betriebsart des Netzes vorgesehen ist. Durch die Erdung des Neutralleiters wird die Verteilung der Nullströme verändert und die Selektivität des Schutzes gegen einphasige Erdschlüsse verletzt.
Mittlerweile werden häufig Stromversorgungssysteme aus Einfach- und Doppeldurchgangsleitungen von 110-220-kV-Umspannwerken verwendet, die nach vereinfachten Schemata erstellt wurden. Die Anzahl der an die Leitung angeschlossenen Transformatoren ist nicht reguliert und beträgt vier bis fünf. Wenn zwei oder mehr Transformatoren an die Leitung angeschlossen sind (Abb. 1.21), ist es ratsam, dass mindestens einer von ihnen ständig (oder während des Betriebs) einen spannungsfreien Neutralleiter hat (Transformatoren). T2 Und TK in Abb. 1.21). Dadurch wird das Auftreten gefährlicher Spannungen an den isolierten Neutralleitern anderer Transformatoren vermieden, wenn die Leitung und die daran angeschlossenen Transformatoren mit offener Phase mit Spannung versorgt werden.
Ja, um einphasiger Anschluss(Phase IN) Versorgungsleitung unter Spannung (Abb. 1.22, a) in den Kernen der getrennten Phasen eines Transformators mit erdetem Neutralleiter T 1 enger magnetischer Fluss F B nicht angeschlossene Phase. Er wird in den Phasenwicklungen induzieren A Und MIT etwa gleiche EMK gegenseitige Induktion E A Und e Mit. Transformator T 1 befindet sich im symmetrischen Einphasenmodus.
Bei einem einphasigen symmetrischen Spannungssystem an den linearen Anschlüssen des Transformators (die Summe dieser Spannungen ist Null) beträgt die Spannung am ungeerdeten Neutralleiter T2 relativ zum Boden ist ebenfalls Null:

Wo
Mit zweiphasiger Umschaltung (Phasen A Und IN) Versorgungsleitung (Abb. 1.22, b) Der Kern der getrennten Phase schließt den gesamten magnetischen Fluss F A +F B =-F C, was eine gegenseitige Induktions-EMK in der Wicklung der getrennten Phase induziert E C, gleich in Wert und Richtung der Phasenspannung U C wenn es aktiviert war. Dadurch entsteht an den Netzeingängen aller an das Netz angeschlossenen Transformatoren ein symmetrisches Drehspannungssystem, an dem die Spannung am isolierten Neutralleiter des Transformators anliegt T2 gleich Null:

Wo



Reis. 1,20. Vollphasen- (a) und zweiphasige (b) Modi zum Einschalten eines unbelasteten Transformators mit isoliertem Neutralleiter



Reis. 1.21.

In Netzwerken mit effektiv geerdetem Neutralleiter, Transformatoren im Notfall gefährlichen Überspannungen ausgesetzt sind, Wenn beispielsweise ein Kabel aus dem einen oder anderen Grund unterbrochen und mit der Erde verbunden ist, wird ein Abschnitt des Netzwerks zugewiesen, der auf der Seite der Stromquelle keinen geerdeten Neutralleiter hat. In einem solchen Abschnitt wird die Spannung an den Neutralleitern der Transformatoren gleichwertig und reziprok im Vorzeichen der EMK der geerdeten Phase, und die Spannung der unbeschädigten Phasen relativ zur Erde steigt linear an. Die dabei entstehenden Überspannungen durch die oszillierende Umladung der Phasenkapazitäten zur Erde stellen eine ernsthafte Gefahr für die Isolierung von Transformatoren und anderen Anlagen des Standortes dar.
In Netzwerken mit effektiv geerdetem Neutralleiter sind für den Fall, dass ein Teil des Netzwerks aufgrund von Erdschlüssen in den isolierten Neutralmodus wechselt, Schutzvorrichtungen vorgesehen, die auf die Nullsystemspannung reagieren 3 U Ö, das an den offenen Dreiecksklemmen des Spannungswandlers erscheint, wenn die Phase mit Erde verbunden ist. Die Schutzvorrichtungen lösen die Leistungsschalter von Transformatoren mit ungeerdetem Neutralleiter aus. Der Erdschlussschutz im Netzwerk ist so konfiguriert, dass bei einem einphasigen Fehler zuerst die Transformatoren abgeschaltet werden, die das Netzwerk mit einem isolierten Neutralleiter versorgen, und dann die Transformatoren mit einem geerdeten Neutralleiter. In den 110-kV-Umspannwerken, in denen Leistungstransformatoren nicht von der Mittel- und Niederspannungsseite gespeist werden können, ist ein solcher Erdschlussschutz nicht installiert und es wird auch keine potenzialfreie Erdung der Neutralleiter durchgeführt.
Empfehlungen für das Bedienpersonal. Auf dieser Grundlage können dem Betriebspersonal folgende Empfehlungen gegeben werden.
Beim Herausnehmen von Leistungstransformatoren zur Reparatur sowie bei Änderungen in den Schaltkreisen der Umspannwerke ist es erforderlich, die Aufrechterhaltung des im Stromnetz verwendeten Neutralleiter-Erdungsmodus zu überwachen und beim Schalten in Netzen mit effektiv geerdetem Neutralleiter nicht zuzulassen, die Zuordnung von Abschnitten ohne Neutralleitererdung an den das Netz versorgenden Transformatoren.
Um die automatische Zuweisung solcher Abschnitte in jedem Sammelschienensystem der Umspannstation zu vermeiden, in dem Strom aus einem Netz mit einer anderen Spannung geliefert werden kann, ist es wünschenswert, einen Transformator mit geerdetem Neutralleiter mit a zu haben Stromschutz Nullfolge. Wenn ein Transformator, dessen Neutralleiter geerdet ist, zur Reparatur herausgenommen wird, muss zunächst der Neutralleiter eines anderen parallel dazu betriebenen Transformators geerdet werden.
Ohne die Position der Neutralleiter anderer Transformatoren zu ändern, werden Transformatoren mit isoliertem Neutralleiter (altmodische Transformatoren mit gleichstarker Leitungsisolierung) oder einem durch einen Ventilableiter geschützten Neutralleiter getrennt.

Netzwerk mit effektiver neutraler Erdung – ein Netzwerk, in dem geerdet ist Großer Teil Neutralwicklungen von Leistungstransformatoren. Im Falle eines einphasigen Kurzschlusses in einem solchen Netzwerk sollte die Spannung an unbeschädigten Phasen das 1,4-fache der Phasenspannung des Normalbetriebs des Geräts nicht überschreiten. In der UdSSR werden Netze mit einer Spannung von 110 kV und mehr, die in der Regel mit einem fest geerdeten Neutralleiter betrieben werden, als Netze mit einem wirksam geerdeten Neutralleiter klassifiziert.

Als Schalten wird die Phasentrennung (Einschalten) bezeichnet, bei der sich herausstellt, dass Schalter, Trenner oder Trenner im Stromkreis nicht durch drei, sondern durch zwei oder sogar eine Phase eingeschaltet werden

Im Prozess der Übertragung, Verteilung und des Konsums elektrische Energie Es wird ein symmetrisches 3-Phasen-System verwendet. Eine solche Symmetrie kann erreicht werden, indem man die linearen und bringt Phasenspannungen. Dadurch entsteht auf allen Phasen eine gleichmäßige Strombelastung, eine gleiche Phasenverschiebung von Spannungen und Strömen.

Beim Betrieb eines solchen Systems treten jedoch häufig Notfälle auf, die zu verschiedenen Fehlfunktionen der Leiter führen. Dadurch liegt eine Symmetrieverletzung vor Dreiphasensystem. Solche Verstöße müssen schnell behoben werden. Es hat großer Einfluss Relaisschutzgeschwindigkeit.

Die ordnungsgemäße Funktion hängt von isolierten oder fest geerdeten Neutralleitern ab. Jeder von ihnen hat seine eigenen Nachteile und Vorteile und wird unter geeigneten Arbeitsbedingungen eingesetzt. Sein normaler Betrieb hängt vom technischen Zustand des Relaisschutzes ab.

Gerät

Isoliert neutral erstellt einen Modus, der sowohl in russischen Energiesystemen als auch in Generatoren Anwendung gefunden hat. Ihre Sternpunkte sind nicht mit der Erdschleife verbunden. In Hochspannungsnetzen (von 6 bis 10 kV) ist kein Sternpunkt erforderlich, da die Transformatorwicklungen nach dem Dreiecksschema ausgeführt sind.

Gemäß den Regeln ist es möglich, den isolierten Neutralleitermodus auf den Kapazitätsstrom zu beschränken. Dieser Strom entsteht, wenn eine Phase geschlossen ist.

In folgenden Fällen kann der Fehlerstrom durch den Einsatz von Lichtbogenlöschdrosseln kompensiert werden:

  • Strom über 30 A, Spannung von 3 bis 6 kV.
  • Der Strom beträgt mehr als 20 A, die Spannung beträgt 10 kV.
  • Strom über 15 A, Spannung von 15 bis 20 kV.
  • Strom über 10 A, Spannung von 3 bis 20 kV, mit Unterstützung für Stromübertragungsleitungen.
  • Alle Stromversorgungsnetze für Spannung 35 kV.
  • In der Gruppe „Generator-Transformator“ mit einer Belastung von 5 A und einer Spannung am Generator von 6 bis 20 kV.

Es ist zulässig, den Fehlerstrom zum Erdungskreis zu kompensieren, indem dieser durch einen speziellen Widerstand durch eine neutrale Erdung ersetzt wird. In diesem Fall ändert sich die Reihenfolge des Relaisschutzes. Der isolierte Neutralleiter wurde zuerst geerdet elektronische Geräte mit geringer Spannung.

In häuslichen Stromnetzen wird ein isolierter Neutralleiter verwendet:

In 2-Leiter-Gleichstromnetzen.
In 3-Phasen-Wechselstromnetzen bis 1 kV.
In Drehstromnetzen sind Spannungen von 6 bis 35 Kilovolt vorgesehen zulässiger Strom Schließungen.
In Niederspannungsnetzen werden Schutzeinrichtungen in Form von Trenntransformatoren und Schutzisolierungen eingesetzt, um eine sichere Umgebung für den Menschen zu schaffen.

Funktionsprinzip

In Stromversorgungskreisen wird bei Anschluss ein isolierter Neutralleiter verwendet Sekundärwicklungen Transformatoren nach dem Dreiecksschema sowie wenn es im Falle eines Unfalls nicht möglich ist, den Strom abzuschalten. Daher gibt es keinen neutralen Punkt.

Ein Leiter-Erde-Fehler gilt in einem Netz mit isoliertem Neutralleiter nicht als Kurzschluss, da keine Verbindung zwischen Erde und den Netzleitern besteht. Dies bedeutet jedoch nicht, dass im geschlossenen Zustand kein Leckstrom auftritt.

Dies liegt daran, dass die Kabelisolierung kein absolutes Dielektrikum ist, wie es bei anderen Isolatoren der Fall ist, die eine bestimmte Mindestleitfähigkeit aufweisen. Je länger die Leitung ist, desto höher ist der Leckstrom. Stellen Sie sich einen Kabelkern mit einer Kondensatorauskleidung vor. Die zweite Schicht wird der Boden sein. Luft und Isolierung bilden das Dielektrikum zwischen stromführenden Teilen ohne Spannung und dem Kabel. Die Kapazität eines solchen imaginären Kondensators ist umso höher, je länger die Übertragungsleitung ist.


Ein Netz mit isoliertem Neutralleiter ist unter Berücksichtigung der spezifischen elektrischen Kapazität des Netzes und des Isolationswiderstands ein Ersatzstromkreis. Dies ist in der Abbildung dargestellt.

Solche Schaltungsteile erzeugen einen Leckstrom. Bei verschiedene Bedingungen In solchen Netzen mit 380 Volt ist der Leckstrom vernachlässigbar und beträgt einige Milliampere. Trotzdem führt ein solcher Kurzschluss zu einem Netzwerkausfall, obwohl das Netzwerk möglicherweise noch einige Zeit funktioniert.

Wir dürfen nicht vergessen, dass in ähnlichen Netzen die Spannung zwischen der Erde und den betriebsbereiten Phasen erheblich ansteigt, wenn die 1-Phase gegen Erde geschlossen ist. Diese Spannung nähert sich 380 Volt (Netzspannung). Diese Tatsache kann dazu führen elektrischer Schock Elektroarbeiter.

Außerdem trägt ein isolierter Neutralleiter beim Kurzschluss einer Phase mit Erde zum Durchbruch der Isolierung und zum Auftreten eines Kurzschlusses auf anderen Phasen bei, d. h. es kann ein Kurzschluss zwischen den Phasen auftreten hohe Ströme. Um in einer solchen Situation Schutz zu bieten, sind Sicherungseinsätze oder Leistungsschalter erforderlich.

Ein doppelter Erdschluss ist für Netzwerkmitarbeiter sehr gefährlich. Liegt daher ein einphasiger Kurzschluss im Netz vor, gilt ein solches Netz als Notfall, da die Sicherheitsbedingungen stark eingeschränkt sind. Das Vorhandensein von „Erde“ erhöht die Gefahr eines Stromschlags beim Berühren spannungsführender Teile. Deshalb müssen Kurzschlüsse auch nur einer Phase gegen Erde sofort beseitigt werden.

Der unbedeutende Wert des einphasigen Fehlerstroms bei isoliertem Neutralleiter ist der Grund dafür, dass ein solcher Fehler nicht abgeschaltet werden kann und. Daher sind elektrische Hilfsrelaisinstallationen erforderlich, die vor einem Notbetrieb warnen.

Dieses Energiesystem erfordert eine erhebliche Anzahl von Alarmen und Schutzvorrichtungen, und an die Arbeitnehmer, die die Netzwerke bedienen, werden hohe Qualifikationsanforderungen gestellt.

Vorteile

Der isolierte Neutralleitermodus hat den Vorteil, dass der erste einphasige Erdschluss nicht sofort ausgelöst werden muss. An den Fehlerstellen entsteht, sofern vorhanden, ein kleiner Strom kleine kapazität Strom zur Erde.

Dieser Modus wird nur in begrenztem Umfang verwendet, da er mehrere schwerwiegende Nachteile aufweist.

Mängel

  • Schwierige Fehlerbehebung.
  • Alle Elektroinstallationen müssen von der Netzspannung isoliert sein.
  • Wenn der Stromkreis längere Zeit bestehen bleibt, besteht die Gefahr eines Stromschlags für eine Person.
  • Bei einphasigen Kurzschlüssen ist die normale Funktion des Relaisschutzes nicht gewährleistet, da der Wert des tatsächlichen Fehlerstroms direkt vom Betrieb des Stromversorgungsnetzes abhängt, nämlich von der Anzahl der angeschlossenen Stromkreiszweige.
  • Die Lebensdauer der Isolierung wird durch die allmähliche Anhäufung von Defekten aufgrund der Einwirkung von Lichtbogenüberspannungen über einen längeren Zeitraum verkürzt.
  • Schäden können auftreten verschiedene Orte aufgrund eines Isolationsausfalls an anderen Stellen, an denen Lichtbogenüberspannungen auftreten. Deshalb fallen viele Kabel aus, ebenso wie Elektromotoren und andere Elektroinstallationen.
  • An Stellen mit einem einphasigen Erdschluss können Lichtbögen und Schwachstromlichtbögen auftreten.

Im Ergebnis lässt sich sagen, dass eine erhebliche Anzahl von Nachteilen alle Vorteile dieser Erdungsart überwiegt. Unter bestimmten Bedingungen zeigt diese Methode jedoch ihre volle Wirksamkeit und verstößt nicht gegen die Anforderungen der Regeln für Elektroinstallationen.

Es ist bekannt, dass im Kabel- und Oberleitungen Essen Umspannwerke Es liegen hohe Spannungen an, bei deren Übertragung besondere Vorsichtsmaßnahmen zu beachten sind. Hochspannungsleitungen (VL) werden wie 380-Volt-Stromversorgungssysteme nach den vorgesehenen Schemata eingeschaltet wirksamer Schutz vor Schäden durch im Stromkreis wirkende Spannungen. Gleichzeitig gem PUE-Anforderungen Der Sternpunkt des Versorgungstransformators (Neutralpunkt) ist meistens zuverlässig geerdet, das heißt, er ist an ein speziell dafür ausgestattetes Erdungsgerät angeschlossen - ein Ladegerät.

Möglichkeiten, den Neutralleiter einzuschalten

Die Besonderheit des Betriebs von Hochspannungsanlagen (HV) besteht darin, dass es zu einem Bruch oder einer Beschädigung der Leitung kommt, die mit einem Kurzschluss einhergeht separater Draht Erdreich können Ableitströme sehr hoch sein. Dementsprechend unterscheiden sich die Schutzmaßnahmen in solchen Netzwerken deutlich von denen in Endverbraucherstromkreisen.

Für Netze von 6–35 Kilovolt sind die unten aufgeführten neutralen Erdungsarten typisch:

  • direkter Anschluss an das Ladegerät, ausgestattet direkt am Umspannwerk oder am Hochspannungsmast (fest geerdeter Erdungsneutral);
  • Verbindung über eine spezielle Lichtbogendrossel oder einen Kompensator;
  • die Verwendung eines Erdungssystems für diese Zwecke, bei dem der Neutralleiter über einen Widerstand verbunden ist;
  • ohne Anschluss an das Ladegerät innerhalb der Grenzen der geschützten Leitung oder des geschützten Objekts (isolierter Neutralleiter).

Der Einbau spezieller Ausgleichselemente im Neutralleiter-Anschlusskreis trägt dazu bei, die kapazitiven Anteile der Kurzschlussströme zu reduzieren. Während des Betriebs einer solchen Schaltung können diese Ströme aufgrund einer sanften Änderung der Induktivität der Spule, deren Spannung eine umgekehrte Phase aufweist, neutralisiert werden.

Ab einem bestimmten Wert sinkt die Induktivität auf Null. Um die Effizienz einer solchen Erdung zu verbessern, wird parallel zur Induktivität ein Widerstand geschaltet, der die Bedingungen für den Fluss der aktiven Komponente des Stroms schafft, der zum Betrieb des Hochspannungsschutzrelais verwendet wird. Weitere Möglichkeiten zum Einschalten des Neutralleiters werden im Folgenden gesondert besprochen.

Jedes dieser Schemata erfordert ein obligatorisches Gerät auf der Empfangsseite eines separaten Ladegeräts, das eine erneute Erdung des Neutralleiters ermöglicht und erzeugt sichere Bedingungen VL-Betrieb.

Ohne dieses Gerät können die verwendeten Schaltkreise ihre Aufgabe nicht effektiv erfüllen Schutzfunktionen, denn im Falle eines versehentlichen Bruchs des Neutralleiters bleiben die Energieanlagen von Umspannwerken ungeschützt.

Möglich ist auch eine andere Möglichkeit, bei der die neutrale Erdung in 6-35-kV-Netzen durch die Einbeziehung erfolgt gemeinsamer Punkt in das Versorgungsnetz, effektive Erdung genannt und durch die Schaffung praktisch umgesetzt ideale Bedingungen um Strom zur Erde abzuleiten. Allerdings gilt es als zu teuer und wird meist nur in Umspannwerken mit Eingangsspannungen ab 110 Kilovolt eingesetzt.

Systeme mit isoliertem Neutralleiter von der Erde

Die Funktionsweise von Netzen mit isoliertem Neutralleiter ist in den meisten Regionen Russlands weit verbreitet. Bei dieser Anschlussart bleibt der Sternpunkt des Versorgungsgenerators (Transformator) mit der Anordnung der Wicklungen nach dem „Dreieck“-Schema ungeerdet.

Der Grund für die Nachfrage nach der betrachteten Option besteht darin, dass bei diesem Neutralleiter-Verbindungsschema ein etwaiger Kurzschluss zwischen Phase und Erde nicht als kurz angesehen werden kann (aufgrund der fehlenden Kommunikation über die Erde). Darüber hinaus kann das Hochspannungsnetz in einem solchen Notbetrieb mehrere Stunden lang ohne große Schäden betrieben werden.

Zu den weiteren Vorteilen dieser Schaltung gehören niedrige Ströme am Punkt eines einphasigen Erdfehlers (OSZ) aufgrund der unbedeutenden Kapazität des Netzwerks gegenüber der Erde.

Wichtig! Stoßströme bei diese Option Das Einschalten erfolgt deutlich seltener als bei Phase-Phase-Fehlern, was ein weiterer Vorteil dieser Netze ist.

In dieser Hinsicht benötigen solche Systeme keine speziellen, schnell wirkenden Schutzmaßnahmen gegen SPE, was die Betriebskosten erheblich senkt.

Zur Nummer erhebliche Mängel Eine solche Verbindung sollte Folgendes umfassen:

  • die Möglichkeit der Bildung von Überspannungen mit Lichtbogeneffekten und relativ kleinen Strömen (bis zu mehreren zehn Ampere) am SPZ-Punkt;
  • die damit verbundene Möglichkeit einer Beschädigung von Kabeln oder Hochspannungsgeräten aufgrund der Zerstörung der Isolierung durch Lichtbogenüberspannungen;
  • die Anforderung, gegebenenfalls die erhöhte Spannung (linear 380 Volt) zu berücksichtigen, um die linearen elektrischen Geräte zuverlässig zu isolieren;
  • Schwierigkeiten bei der Identifizierung genaue Position Schaden.

Bevor Sie sich für diese Methode zum Anschließen des Neutralleiters entscheiden, müssen daher alle Vor- und Nachteile berücksichtigt und berechnet werden mögliche Konsequenzen Notfallmodi.

durch geringen Widerstand

Die Erdung des Neutralleiters mit einem kleinen Nennwiderstand ist nur in wenigen Ländern weit verbreitet (insbesondere in Russland und Weißrussland). Gleichzeitig erscheint es sinnvoller, in diesen Schaltungen einen hochohmigen Widerstand (RB-Modus) zu verwenden, der im SFG-Modus für geringe Überspannungen sorgt.


Andere Arten der Neutralleitererdung beinhalten die Verwendung kombinierter Optionen für den Anschluss mithilfe von Induktivität (LB- und RB-Modi).

Bei sorgfältiger Untersuchung dieser Ansätze stellt sich jedoch heraus, dass sich hochohmige Widerstände nicht nur in ihren erheblichen Abmessungen unterscheiden, sondern auch ein angemessenes Gewicht und einen angemessenen Preis haben. Die oben betrachtete Variante der Installation von Lichtbogenlöschreaktoren weist auch ihre eigenen Eigenschaften und Nachteile auf.

Daher sollten vor der Wahl eines Modus mit niederohmigem Widerstand umfassende Studien und Berechnungen unter Berücksichtigung aller oben genannten Faktoren durchgeführt werden.

Es gibt zwei bekannte Möglichkeiten, eine Erdung mit niedrigem Widerstand zu implementieren. Eine davon beinhaltet die Installation eines Widerstandselements in diesen Stromkreisen, das die Funktion des Stromschutzes im Fehlerfall gewährleistet. Der zweite Ansatz verwendet induktiv geerdete Schaltkreise, die vor Doppelphasenfehlern schützen sollen.

Die Widerstandsversion berücksichtigt zusätzliche Stromkomponenten im Neutralleiter, die darüber hinausgehen kapazitive Werte OZZ etwa dreimal oder öfter. In Stromkreisen mit reaktiver (induktiver) Erdung sollte der Pegel dieser Komponenten die Summe der Betriebsströme von nicht überschreiten Doppelkreise und kapazitiver Kurzschluss bei SPE.

Wir weisen außerdem darauf hin, dass laut PUE die betrachteten Betriebsarten in der Regel in Kurzzeit- und Langzeitbetriebsarten unterteilt werden. Im letzteren Fall werden die Erdungselemente dauerhaft in der Neutralleiter-Verbindungskette platziert. Die Verwendung dieser Anschlussart gemäß Sicherheitsanforderungen ist nur bei ausreichend hochwertiger Erdung (RЗ ≤ 0,5 Ohm) zulässig, was sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus Arbeitskostengründen unzweckmäßig ist.