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