Cap. 1. Tratarea Neutrului

download Cap. 1. Tratarea Neutrului

of 62

Transcript of Cap. 1. Tratarea Neutrului

Tratarea neutrului n reelele electrice

Diagrama fazorial a tensiunilor400 V 400 V

a b c

a

400 V

U ca Vc c

Va N Vb

U ab

230 V

NFig. 1.1. Definirea neutrului N pentru o reea trifazat.

U bc

b

Generator de abur

MTGEN

TV

Turbin

UV

V

Modaliti de tratare a neutruluiSecundar transformator N Linie N N

ZN =

ZN

XN = 0

Neutru izolat

Neutru tratat prin impedan

Neutru legat direct la pmnt

Fig.1.2. Situaii relative ale neutrului reelelor electrice fa de pmnt.

Potenialul neutrului n raport cu pmntulFig. 1.3.a N b c ZNC 0c G0c C0b G0b C0a G0a

a Va N ZN c U bc

U ca Vc

U ab Vb b

Pmnt

Ground

V a Y 0 a + V b Y 0b + V c Y 0c Y 0 (V a + V b + V c ) VN = = =0 1 1 3Y 0 + Y 0 a + Y 0b + Y 0 c + ZN ZN

Va Vb N Vc V=-Vc Pmnt (P)

a b c ZF IF C Ic,c0

Il , a Il, b Il , c C Ic,b0 0

C Ic,a

Fig. 1.4. Schema echivalent a unei reele trifazat cu punere la pmnt monofazat.

Aplicarea teoremei lui Thevenin pentru determinarea curentului de defectFig. 1.5.IF V =0 Z ZF V =0 Z IF 0 IF ZF V

ZFV

V =0 Z

Reeaua real pe timpul defectului

Reeaua activ

Reeaua pasiv

V IF = Z + Z FV este tensiunea ntre bornele - atunci cnd cele dou borne sunt n gol Z este impedana reelei pasivizate vzut de la bornele i

Calculul curentului de defect monofazatFig. 1.6.a b c Ia=0 Ib=0 Ic Vc=0

Calculul curentului de defect monofazatFig. 1.6.a b cZ+

I

+

Ia=0 Ib=0 Ic

V Z I

V

+

V Z0 I0 V0

Vc=0

Calculul curentului de defect monofazatFig. 1.6.a b cZ+

I

+

Ia=0 Ib=0 Ic

V Z I

V

+

V Z0 I0 V0

Vc=03ZN

Calculul curentului de defect monofazatFig. 1.6.a b cZ+

I

+

ZF V+

Ia=0 Ib=0 Ic

V Z I

ZF V

Z0

Vc=03ZN

I0

ZF V0

Ic

+ Ib

I+c

Ia

Ia

+

+Ib

Ic

+

Ia Ib0 0 Ic

0

Calculul curentului de defect monofazatV a = aV + a 2V + V V b = a 2V + aV + V V c =V +V +V+ 0 + + 0 0

V = a 2V a + aV b + V c V 0 a

+

( = ( aV

+ a 2V b + V c

) )

3 3

V = (V a + V b + V c ) 3

Deoarece curenii de secven sunt egali, adic:

I =I =Icurentul de defect va avea expresia:

+

0

IF = I c = I + I + I = 3 I =

+

0

+

3V Z + Z + Z + 3Z N+ 0

Dac se ia n considerare impedana de defect Z F i tiind c Z + = Z , rezult:

3V IF = + 0 2 Z + Z + 3Z N + 3 Z F

Calculul curentului de defect monofazatTransformator T MT0

ZN

Y0

Fig. 1.7.

Calculul curentului de defect monofazatTransformator T MT0

Linie sntoas

ZN

Linie cu defect ZF Z0 TL

IF

0 YF

Fig. 1.7.

Calculul curentului de defect monofazatTransformator T MT0

Linie sntoas

ZN

Linie cu defect ZF Z0 TL

IF

0 YF

0 ZTL

1/Y I0

0

Fig. 1.7.

3ZNZ TL = Z T + Z L0 0 0

3ZF

Calculul curentului de defect monofazat0 ZTL

1/Y I0

0

1 3 Z N + 3Z N + 0 3 3 Y 0 Z = = = 0 1 1 0 0 3 Z N + Z TL + 0 3Y 0 Z + Z TL + 1 3Y + 0 N Y Z TL 3 ZN + 3 IF 1 0 Z NT = Z N + Z TL 3 1 + + Y NT = Z = 2 Z = 2 Z TL Z NT

(

0 Z TL

)

0 Z TL

3ZN

3ZF

Fig. 1.8.Z 3

~

YNT ZF

3Y 0

IF =

Z+

Y NT

3V V = 3 Z 1 + 3ZF + + ZF 0 0 3 Y NT + 3Y + 3Y

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

a b N c C Pmnt (P) Ic,c0

Il, a Il, b Il, c C Ic,b0 0

C Ic,a

Reele cu neutrul izolat fa de pmntVa Vb N Vc Vc Pmnt (P)

a b c C Ic,c0

Il, a Il, b Il, c C Ic,b0 0

C Ic,a

Reeaua activ

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

a b N c V=-Vc Pmnt (P) ZF IF Ic,c=0 C0

Il, a Il, b Il, c C Ic,b0 0

C Ic,a

Reeaua pasiv

Reele cu neutrul izolat fa de pmntVa Vb N Vc Vc a b c C Ic,b0

a Va

VN=0 Pmnt (P)

C

0

C Ic,a

0

Ic,c

N Vc c Vb b

Reele cu neutrul izolat fa de pmntVa Vb N Vc a b c C Vc=0 Pmnt (P)0 0

a Va

C

0

C

Ic,b Ic,a

N P Vc c c V=-Vc Vb b

Reele cu neutrul izolat fa de pmntVa Vb N Vc a b c C Vc=00 0

a Va V N P Vc c c V=-Vc Vb b

VN=Vc Pmnt (P)

C

0

C

Ic,b Ic,a

N

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

V a Va V N P Vc c c V=-Vc Vb b V

N

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

V a Va Va V N P Vc c c V=-Vc Vb b V Vb N

Reele cu neutrul izolat fa de pmnta

V a Va Va V N P Vc c c V=-Vc Vb Vb

N

b V

Va ' Vb ' 3V KG = 100 = 100 = 100 = 100% b Un Un Un

Reele cu neutrul izolat fa de pmnta Va Ic, b Ic, a c Vc N Ic, c Vb b

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

Ic, b Ic, a N Ic, c

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

Ic, a

Ic, b N P -Ic, c Ic, c

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

-Ic, c -Ic, c Ic, a -Ic, c Ic, b N P Ic, c

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

Ic, a -Ic, c Ic, a30

Ic, b

-Ic, c Ic, b N P

-Ic, c

Ic, c

Reele cu neutrul izolat fa de pmntIC Ic, a -Ic, c Ic, a Ic, b -Ic, c Ic, b N P -Ic, c Ic, c

30 30

3 I F = I C = 2 I cos 30 = 2 ( 2 I c cos 30 ) = 3I c 2' c

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

IC Ic, a Ic , b

N P

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

IC Ic, a Ic , b

Va

N P

Vb

Reele cu neutrul izolat fa de pmnt

IC Ic, a Ic , b a Va

Va

N P c Vc Vb

Vb b

Reele cu neutrul izolat fa de pmntIF = I(1) sc

=

Z + 3 Y NT

V 1 0 + ZF + 3Y IF = I(1) sc

Z NT =

Y NT = 0

V = 1 Z + 0 + ZF 3 3Y

contact netZF = 0

Z 30

1 0 3Y

(1) I F = I sc =

V 1 Z + 0 3 3Y

I F = 3 Y V = 3V (G0 + jB0 ) = I F ,a + jI F ,cLEA IF

Un L = 300K500

LES IF

Un L = 2K10

Reele cu neutrul izolat fa de pmntObservaii Curenii capacitivi fiind mult mai mici dect curenii de sarcin se poate considera c tensiunile de faz msurate fa de punctul neutru nu se modific semnificativ. Reeaua poate s funcioneze pe o perioad limitat de timp alimentnd consumatorii n condiii acceptabile dei una dintre faze este pus la pmnt. Cu toate c tensiunile fazelor n raport cu punctul neutru (N) rmn aproximativ aceleai ca n funcionarea fr defect, potenialul fazelor fa de pmnt (P) se modific: potenialul fa de pmnt al fazei pus la pmnt este nul, iar potenialul fazelor sntoase crete de 3 ori, devenind egal cu tensiunea ntre faze .

Reele cu neutrul tratat prin bobinTransformator N a b c ZN Pmnt Ic,c C0 Ic,b C0 Ic,a C0 Linie electric I l, a Il, b Il, c

Reele cu neutrul tratat prin bobinTransformator N a b c ZN Pmnt V Ic,c=0 C0 Ic,b C0 Ic,a C0 Linie electric I l, a Il, b Il, c

Reele cu neutrul tratat prin bobinTransformator N a b c ZN Pmnt IL V Ic,c=0 C0 Ic,b C0 Ic,a C0 Linie electric I l, a Il, b Il, c

Reele cu neutrul tratat prin bobinTransformator N a b c ZN Pmnt IL V IC Ic,c=0 C0 Ic,b C0 Ic,a C0 Linie electric I l, a Il, b Il, c

Reele cu neutrul tratat prin bobinTransformator N a b c ZN Pmnt IL V IC Ic,c=0 C0 Ic,b C0 Ic,a C0 Linie electric I l, a Il, b Il, c

V

IF = Ir = IC + I LIC

Ir

IL

Reele cu neutrul tratat prin bobinIF = Ir = IC + I LV Ir IC

I r jV 3C ++ jV 3C 0 = 0

0

V j L

V IL

j L

V j L

= jV 3C 01 = = Xc 0 3C

L = X N

Condiia de rezonan

Reele cu neutrul tratat prin bobinIL Ir LN RN V 3C0

IC

3G

0

a Va

Va

N

Vb -Vc

b Vb I L=V YN

Ic,b IC=j3C V0

c Ic,c

V IL= jL

Reele cu neutrul tratat prin bobinDimensionarea bobinei de stingere Valoarea reactanei bobinei XN se stabilete avndu-se n vedere regimul de avarie al reelei (punerea la pmnt a unei faze) i regimul normal de funcionare. Din punct de vedere al regimului de avarie se dorete ca, curentul rezidual s aib o valoare ct mai mic, la limit chiar zero: I L = I C n regim normal de funcionare, din cauza inegalitii capacitilor fazelor, depunerii neuniforme de murdrie pe izolatoare etc., se produce o uoar deplasare a potenialului neutrului fa de pmnt care va conduce la apariia unor cureni foarte mari n reea n momentul conectrii bobinei de stingere acordat la rezonan. n practic se prefer o supracompensare cu 10-15%, deoarece n cazul n care s-ar adopta subcompensarea este posibil ca n urma deconectrii unei linii s se ajung la condiia de rezonan prin scderea reactanei capacitive totale a liniilor electrice.

Reele cu neutrul tratat prin bobinAvantaje Elimin probabilitatea reaprinderii arcului electric dup stingerea acestuia la prima trecere prin zero a curentului i deci pericolul apariiei unor supratensiuni dispare; Curentul la locul de defect (curentul rezidual) este redus la aprox. cteva procente din valoarea curentului capacitiv al reelei. Dezavantaje n cazul punerii la pmnt a unei faze, tensiunea fazelor sntoase fa de pmnt pot crete pn la valoarea tensiunii ntre faze; Costul mrit al izolaiei i echipamentului aferent; inductivitatea sa este cu att mai mare cu ct reeaua este mai extins; Posibilitatea de transformare din defect monofazat n defecte polifazate; Dificulti n selectarea plecrii defecte (mai ales n situaia unor puneri la pmnt cu impedan mare de defect);

Reele cu neutrul tratat prin bobinStructura bobinei Petersen

20 kV; 5000 kVAr

Reele cu neutrul tratat prin bobin

Staia de 110 kV / 20 kV din Bistria

Reele cu neutrul tratat prin rezistorIF = 3V 2 Z + Z + 3Z N + 3 Z FZ + = R + + jX + Z 0 = R 0 + jX 0+ 0

I sc =

3V 3 ( RN + RF ) + 2 R + R + 2 X + X + + 0 2

(

0

)

RN2

3RN

X+ X0 = X

3RF + 2 R + R

+

0

I sc , max2

V = X

I sc

V2 RN

+X

2

VN = I sc RN

VN = I sc

V X2 I sc

Reele cu neutrul tratat prin rezistorCalculul rezistenei

1 1 RN = V 2 2 Isc Isc, max

Reele cu neutrul tratat prin rezistorStructura unui rezistor de limitare

Staia de 110 kV / 20 kV din Viioara

Reele cu neutrul tratat prin rezistorStructura unui rezistor de limitare

Reele cu neutrul tratat prin rezistorStructura unui rezistor de tratare a neutrului

Reele cu neutrul tratat prin rezistorStructura unui rezistor de tratare a neutrului

Reele cu neutrul tratat prin rezistorStructura unui rezistor de tratare a neutrului

Reele cu neutrul tratat prin rezistorModaliti de conectare a rezistorului n reelele electrice cnd neutrul nu este accesibil

BPN

TSP

RN

RN

Reele cu neutrul tratat prin rezistorEliminarea rapid a defectelor, n reele tratate prin rezistor, cu ajutorul ntreruptorului unt

RN

IS

Soluii mixte de tratare a neutrului

N

N

I

XN

I R

XN R

Not: Acestea sunt soluii adoptate ca urmare a extinderii reelelor

Reele cu neutrul legat rigid la pmntT1 N1 Va Vb Vc N2Linie electric

T2

c b a

Reele cu neutrul legat rigid la pmntT1 N1 Isc V=-Vc Linie electric

T2

c b a

N2

Reele cu neutrul legat rigid la pmntT1 N1 Isc Isc V=-VcLinie electric

T2

c b a

N2

Reele cu neutrul legat rigid la pmntIF = I(1) sc

=

Z + 3 Y NT

V 1 0 + ZF + 3Y

Z NT

Legtur rigid1 1 3 = = 0 1 0 Z NT Z + Z Z TL N TL 3

ZN = 0

1 0 = Z N + Z TL 3

Z = 2 Z TL 2 Z T

+

+

Z NTZ0 TL

Z

0 T

Z = 3

0 TL

IF = I

(1) sc

3V = = + + 0 0 2Z T Z T 2Z T + Z T + 3 3

V

?

Reele cu neutrul legat rigid la pmnt Conform CEI, n cazul unui scurtcircuit monofazat, tensiunile fazelor sntoase (Va, Vb) nu trebuie s depeasc 0,8 din U.

X0 1 + X

X 1 + 3 X

0