Sposoby po

Sposoby po

łą

łą

czenia z ziemi

czenia z ziemi

ą

ą

punktu

punktu

neutralnego sieci elektroenergetycznych

neutralnego sieci elektroenergetycznych

2 / 16

Wprowadzenie

Wprowadzenie

Kryteria wyboru sposobu połączenia uwzględniają różne czynniki

natury technicznej i ekonomicznej

:

¾

Ciągłość (niezawodność) dostawy energii do odbiorców

¾

Wybiorczość lokalizacji i likwidacji zwarć doziemnych przez

zabezpieczenia

¾

Wartości przepięć łączeniowych i ziemnozwarciowych

(powstających w czasie zwarć doziemnych)

¾

Bezpieczeństwo człowieka i środowiska

¾

Koszty

3 / 16

Sposoby po

Sposoby po

łą

łą

czenia z ziemi

czenia z ziemi

ą

ą

p.n.

p.n.

¾

Skutecznie uziemiony punkt neutralny –

sieć uziemiona

Jest to sieć 3-fazowa, której punkt neutralny połączony jest z ziemią przez
rezystancję lub reaktancję o dostatecznie małej wartości

,

zapewniającej

odpowiednie warunki pracy sieci w czasie zwarć doziemnych.

Uziemionymi są sieci elektroenergetyczne WN.

¾

Izolowany punkt neutralny –

sieć izolowana

Jest to sieć, w której brak jest połączenia punktu neutralnego z ziemią, za
wyjątkiem takiego połączenia przez bardzo dużą impedancję urządzeń
zabezpieczeniowych, pomiarowych lub sygnalizacyjnych.

Sieciami izolowanymi są SE nn (500 V) oraz SN o małych wartościach prądu
zwarcia doziemnego.

4 / 16

Sposoby po

Sposoby po

łą

łą

czenia z ziemi

czenia z ziemi

ą

ą

p.n.

p.n.

¾

Punkt neutralny uziemiony przez dławik –

sieć kompensowana

Jest to sieć 3-fazowa, której punkt neutralny jest połączony z ziemią przez
reaktancję indukcyjną, dobraną w taki sposób, aby przy zwarciu doziemnym
następowała kompensacja prądu zwarciowego w stopniu umożliwiającym
samoczynne zgaśnięcie łuku elektrycznego związanego z tym zwarciem.

Sieci kompensowane - SE SN o dużych wartościach prądu zwarcia doziemnego.

¾

Punkt neutralny uziemiony przez rezystor –

sieć z uziemieniem przez

rezystor

Jest to sieć 3-fazowa SN, której punkt neutralny jest połączony z ziemią przez
rezystancję, zapewniającą odpowiednie warunki pracy sieci w czasie zwarć
doziemnych.

¾

Bezpośrednio uziemiony punkt neutralny –

sieć nn typu T

Sieć 3-fazowa lub 1-fazowa z bezpośrednim połączeniem z ziemią punktu
neutralnego.

5 / 16

SE ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym

SE ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym

e

k

1,4

≤

e

k

1,3

≤

Uziemienie powinno być wykonane w sposób zapewniający:

¾

Ograniczenie współczynnika zwarcia doziemnego

do wartości:

f max z

e

f

U

k

U

=

w sieciach 110 kV

w sieciach 220 i 400 kV

U

fmax z

– maksymalne napięcie między fazą a ziemią podczas zwarcia doziemnego,

U

f

– napięcie fazowe, które wystąpiłoby w tym samym miejscu sieci w normalnych

warunkach ruchowych

¾

Ograniczenie prądu zwarcia 1-fazowego do wartości nie

przekraczającej prądu zwarcia 3-fazowego

6 / 16

SE ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym

SE ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym

ƒ

Ograniczenie przepięć umożliwia zmniejszenie wytrzymałości
izolacji linii, której poziom w istotny sposób wpływa na koszty.

ƒ

Ograniczenie prądu zwarcia 1-fazowego do wartości nie
przekraczającej prądu zwarcia 3-fazowego jest wygodne dla
doboru urządzeń na wytrzymałość zwarciową.

Zalety sieci ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym:
¾

Zmniejszenie krotności przepięć ziemnozwarciowych

¾

Możliwość likwidowania zwarć przemijających przy
zastosowaniu SPZ

7 / 16

SE z izolowanym punktem neutralnym

SE z izolowanym punktem neutralnym

Prąd zwarcia doziemnego:

ƒ

Ma charakter pojemnościowy

ƒ

Stosunkowo niewielką wartość

C

ω

U

3

=

E

C

ω

3

=

I

z

3

/

U

=

E

C –pojemność doziemna sieci

8 / 16

SE z izolowanym punktem neutralnym

SE z izolowanym punktem neutralnym

Zwarcie ma charakter:

ƒ

Trwały

ƒ

Przemijający

ƒ

Łukowy

Zwarcie powoduje:

ƒ

Przepięcia ustalone

ƒ

Przepięcia nieustalone – (2

÷4,5)U

f

ƒ

Przepięcia łączeniowe – do 3 U

f

ƒ

Narażenie izolacji

ƒ

Narażenie środowiska np. zmniejszenie wytrzymałości
mechanicznej słupa

9 / 16

SE z izolowanym punktem neutralnym

SE z izolowanym punktem neutralnym

Zwarcie doziemne jest to zwykle zwarcie o łuku przerywanym, który
gaśnie samoistnie pod wpływem wiatru lub izolacji, przy czym im mniej
rozległa jest sieć tym warunki samogaszenia lepsze.
Ten rodzaj zwarcia stanowi ok. 70% wszystkich zwarć w sieciach
napowietrznych.

Cechy sieci izolowanej

ƒ

Samoistna likwidacja zwarcia w wyniku samogaszenia łuku

ƒ

Zapewnienie ciągłości dostawy energii (mniej wyłączeń awaryjnych)

ƒ

Mniejsze koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

ƒ

Duże przepięcia: ustalone -

√3U

f

, nieustalone – (2

÷4,5) U

f

ƒ

Narażenie izolacji kabli i środowiska na działanie przepięć

ƒ

Trudności z zapewnieniem wybiorczości działania zabezpieczeń
(małe prądy zwarciowe)

10 / 16

SE z izolowanym punktem neutralnym

SE z izolowanym punktem neutralnym

Z izolowanym punktem neutralnym pracują:

ƒ

Sieci 500 V - do zasilania silników w kopalniach rud miedzi

ƒ

Sieci SN napowietrzne i napowietrzno-kablowe, jeżeli prąd
ziemnozwarciowy nie przekracza dopuszczalnej wartości
granicznej, podanej w tabeli:

5

10

15

20

30

I

c

[A]

60

30-40

15-20

10

3-6

U

n

[kV]

Graniczne wartości pojemnościowego prądu zwarcia z ziemią
wynikają z warunku samogaszenia łuku ziemnozwarciowego.

ƒ

Sieci kablowe, jeżeli prąd zwarciowy nie przekracza 50 A.

11 / 16

SE z kompensacj

SE z kompensacj

ą

ą

ziemnozwarciow

ziemnozwarciow

ą

ą

Kompensację ziemnozwarciową stosuje się wówczas, gdy prąd
zwarcia doziemnego przekracza wartości graniczne.

Zasada kompensacji polega na włączeniu dławika pomiędzy punkt
neutralny a ziemię.

C

L

C

ω

1

L

ω

3

E

=

I

z

12 / 16

SE z kompensacj

SE z kompensacj

ą

ą

ziemnozwarciow

ziemnozwarciow

ą

ą

Przy kompensacji zupełnej:

0

=

C

ω

1

L

ω

3

⇒

0

=

I

z

C

ω

3

1

=

L

2

Stąd:

Zwykle wartość indukcyjności dławika
dobiera się w taki sposób, aby sieć
pracowała nieco przekompensowana
(mniejsze przepięcia)

C

L

I

>

I

13 / 16

SE z kompensacj

SE z kompensacj

ą

ą

ziemnozwarciow

ziemnozwarciow

ą

ą

Cechy sieci skompensowanej są podobne do sieci izolowanej, tylko
lepsze są warunki samogaszenia łuku z powodu mniejszej wartości
prądu.
Dławik gaszący włącza się za pomocą

transformatora uziemiającego

.

14 / 16

SE z uziemieniem przez rezystor

SE z uziemieniem przez rezystor

Uziemienie przez rezystor stosuje się w celu:

ƒ

Ograniczenia przepięć nieustalonych

ƒ

Zwiększenia prądów ziemnozwarciowych do wartości zapewniającej
prawidłowe działanie zabezpieczeń

Stosuje się także

sieci z przejściowym uziemieniem punktu neutralnego

.

Normalnie sieć pracuje jako skompensowana. Rezystor jest załączany po
kilku sekundach od chwili powstania zwarcia, dla umożliwienia zgaszenia
łuku i zlikwidowania zwarć przemijających. Włączenie rezystora powoduje
wymuszenie dodatkowego prądu pobudzającego zabezpieczenie.

Sposób ten łączy zalety kompensacji w zakresie likwidacji zwarć
przemijających z zaletami małooporowego uziemienia w zakresie
prawidłowego działania zabezpieczeń.

15 / 16

SE SN

SE SN

–

–

podsumowanie

podsumowanie

Większość SE SN pracuje z kompensacją ziemnozwarciową.

Zalety:

ƒ

Zmniejszenie wartości prądów zwarć doziemnych

ƒ

Możliwość zasilania odbiorów pomimo zwarć

ƒ

Zmniejszenie zagrożenia porażeniowego oraz szkodliwego
działania prądów zwarciowych

ƒ

Tanie rozwiązania uziemień i zabezpieczeń

Zalety kompensacji ograniczają następujące czynniki

:

ƒ

wzrost rozległości sieci

ƒ

wyższe harmoniczne w prądzie i brak możliwości ich
kompensowania

ƒ

mało dokładna regulacja zaczepowa urządzeń gaszących i duże
prądy resztkowe uniemożliwiające samoistną likwidację zwarć

16 / 16

SE SN

SE SN

–

–

tendencje zmian

tendencje zmian

Stosowane rozwiązania:

¾

Zachowanie kompensacji z jednoczesnym:

•

dzieleniem dużych sieci na mniejsze sekcje

•

modernizacją metod pomiaru i kontroli nastawień dławików
ziemnozwarciowych

•

instalowaniem urządzeń kompensacyjnych z płynną regulacją
pod obciążeniem

•

stosowaniem rezystorów wymuszających

¾

Rezygnacja z kompensacji i wprowadzenie trwałego uziemienia
punktu neutralnego

(głównie przez rezystor)