Električna omrežja z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo
Učinkovito ozemljena nevtralnost je ozemljena nevtralnost trifaznega napajalnega omrežja z napetostjo nad 1 kV, kjer faktor zemeljskega stika ne presega 1,4.
Kaj to pomeni? Napetost med fazo in zemljo v primeru kratkega stika enega ali dveh drugih faznih vodnikov z zemljo je treba deliti z napetostjo med fazo in zemljo v tistem trenutku do trenutka zemeljske napake, razmerje pa mora biti ne več kot 1,4.
Z drugimi besedami, če pride do ozemljitvene napake v trifaznem omrežju z izolirano nevtralnostjo, se napetost med preostalimi fazami in zemljo hkrati poveča za približno 1,73-krat za omrežje z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo, ta vrednost ne presega 1,4. …
Ta vidik je pomemben pri visokonapetostnih omrežjih, kjer zaradi učinkovito ozemljene nevtrale ni potrebe po povečanju količine izolacije v opremi in v samih omrežjih, torej proizvodnji omrežij in naprav. ki bo deloval v pogojih z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo, bo vedno cenejši.
Mednarodna elektrotehnična komisija priporoča, da se zelo visoka in visokonapetostna omrežja z nevtralnimi vodi, povezanimi z zemljo, ali nevtralnimi vodi, povezanimi z zemljo prek nizkega upora, razvrstijo kot omrežja z učinkovito ozemljeno nevtralno vodo. Zlasti v Rusiji so omrežja z napetostjo 110 kV razvrščena kot omrežja z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo.
V skladu s pravili za tehnično delovanje električnih inštalacij potrošnikov je za omrežja z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo največji upor ozemljitvene naprave nastavljen na 0,5 Ohma ob upoštevanju naravne ozemljitve, umetna ozemljitvena naprava pa ne sme imeti upor več kot – večji od 1 ohma. To velja za električne inštalacije 1 kV, kjer tok zemeljske napake presega 500 A.
To določbo narekuje potreba po pretoku velikih tokov skozi napravo v primeru kratkega stika z ozemljitvijo, ko je omrežna napetost izjemno visoka ali visoka, in zahteva po omejitvi napetosti med delovnimi fazami in zemljo, da se v sili zmanjšati nevarno prekoračitev napetosti in napetost dotika ter kompenzacijo potencialov zunaj transformatorske postaje.
Potrebno je enakomerno porazdeliti potenciale na ozemlju transformatorske postaje, pa tudi izključiti pojav stopenjskih napetosti na razdalji od transformatorske postaje, kar dosežemo z uporabo naprav za izenačitev potencialov, ki so obvezni del ozemljitvenih naprav za učinkovito ozemljeni nevtralci.
Pomembne nianse in zahteve pri izvajanju ozemljitvenih naprav za omrežja z učinkovito ozemljenimi nevtralnimi napravami povzročajo težave pri njihovem izračunu in konstrukciji, zaradi česar so te strukture materialno intenzivne, zlasti če ima tla visoko odpornost, na primer kamnita, kamnita ali peščena tla. Pogoji gradnje so zaostreni.
Seveda so nekatere tako imenovane pomanjkljivosti značilne za omrežja z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo in so značilne. Skozi ozemljeno nevtralnost transformatorja v primeru kratkega stika na zemljo pride do znatnega kratkostičnega toka, ki ga je treba zaradi relejnih zaščitnih naprav hitro odpraviti z odklopom.
Večinoma so kratki stiki na zemljo v visokonapetostnih omrežjih 110 kV samoodklopljivi in zahvaljujoč naprave za avtomatsko zapiranje moč je obnovljena. Da bi lahko odvajali velike tokove, se zgradijo ozemljitvene zanke, ki pa so drage.
Enofazni tokovi kratkega stika na tla v primeru velikega števila ozemljenih nevtralnih transformatorjev lahko presežejo tok trifaznega tokokroga in za odpravo tega stanja se uporablja način delne ozemljitve nevtralnih transformatorjev uporabljeni, za ta del transformatorjev (110-220 kV) niso ozemljeni, nevtralni so izolirani s priključitvijo na odprte ločilnike. Ali pa omejijo tok kratkega stika transformatorja na zemljo tako, da ozemljijo njegov nevtralni tok s posebnim uporom.
Za vsak odsek omrežja se z izračuni ugotovi najmanjše število ozemljenih nevtralnih elementov. Temelji zahteve za relejno zaščito za vzdrževanje tokov zemeljske napake na določeni ravni in za zagotovitev zaščite izolacije ozemljenih nevtralnih elementov pred prenapetostmi so izbrane ustrezne ozemljitvene točke elektroenergetskega sistema.
Dejstvo je, da transformatorje za 110-220 kV, tradicionalno za naše proizvajalce, odlikuje zmanjšana nevtralna izolacija, na primer za transformatorje 110 kV z regulacijo napetosti pod obremenitvijo nevtralna izolacija ustreza 35 kV, saj stikalne naprave z izolacijskim razredom so vključeni na nevtralni strani 35 kV. Enako velja za transformatorje 220 kV. Ekonomski učinek je pomemben.
Takšni transformatorji so zasnovani za delovanje v omrežjih z učinkovito ozemljeno nevtralnostjo in napetost med kratkim stikom na zemljo iz takih omrežij ne bo presegla ene tretjine vrednosti linije, to je 42 kV za 110 kV.
Za prenapetostno zaščito ozemljenih nevtral, za zaščito v načinu brez obremenitve z delnimi faznimi povezavami ali prekinitvami transformatorjev z izoliranimi nevtrali se uporabljajo kratkotrajne prenapetostne zaščitne naprave-ventili. Nevtralne so zaščitene z omejevalniki za največjo dovoljeno gasilno napetost 50 kV.