Arten der Neutralerdung in der Energieverteilung (Teil 1)

Einführung

In den frühen Energiesystemen befanden sich hauptsächlich Neutralungeerdet wegen der Tatsache, dass der erste Erdschluss keine Auslösung des Systems erfordert. Ein außerplanmäßiges Herunterfahren des ersten Erdschlusses war insbesondere für kontinuierliche Prozessindustrien unerwünscht.

Niederspannungsschaltanlage - Energieverteilung (von MEC Electrical Engineering)

Diese Stromversorgungssysteme erforderten eine BodenerkennungSysteme, aber das Auffinden des Fehlers erwies sich oft als schwierig. Obwohl das anfängliche Ziel erreicht wurde, bot das ungeerdete System keine Kontrolle über transiente Überspannungen.

Eine kapazitive Kopplung besteht zwischen dem SystemLeiter und Masse in einem typischen Verteilungssystem. Infolgedessen kann diese Serienresonanz-L-C-Schaltung Überspannungen erzeugen, die weit über der Spannung von Leitung zu Leitung liegen, wenn sie wiederholten erneuten Einschlägen einer Phase gegen Erde ausgesetzt wird.

Dies reduziert wiederum die Lebensdauer der Isolation, was zu einem möglichen Geräteausfall führen kann.

Neutrale Erdungssysteme ähneln den Sicherungen indass sie nichts tun, bis etwas im System schief geht. Dann schützen sie wie Sicherungen Personal und Ausrüstung vor Beschädigung. Der Schaden ist auf zwei Faktoren zurückzuführen, wie lange der Fehler andauert und wie groß der Fehlerstrom ist. Erdungsrelais lösen Unterbrecher aus und begrenzen die Dauer eines Fehlers und Neutral-Erdungswiderstände begrenzen den Fehlerstrom.

Bedeutung der Neutralerdung

Es gibt viele neutrale Erdungsoptionen für Low und Mittelspannung Energiesysteme. Die neutralen Punkte von Transformatoren, Generatoren und rotierenden Maschinen an das Erdnetz liefern einen Bezugspunkt von null Volt.

Diese Schutzmaßnahme bietet viele Vorteile gegenüber einem ungeerdeten System, z.

1. Reduzierte transiente Überspannung
2. Vereinfachte Fehlerortung
3. Verbesserter System- und Gerätefehlerschutz
4. Reduzierte Wartungszeiten und -kosten
5. Mehr Sicherheit für das Personal
6. Verbesserter Blitzschutz
7. Verringerung der Fehlerhäufigkeit.

Methoden der neutralen Erdung

Es gibt fünf Methoden für die Neutralerdung:

1. Ungeerdetes neutrales System
2. Solides neutral geerdetes System
3. Widerstandsneutrales Erdungssystem
   • Erdung mit geringem Widerstand
   • Erdung mit hohem Widerstand
4. Resonantes neutrales Erdungssystem
5. Erdungstransformator Erdung

1. Nicht geerdete neutrale Systeme

Im ungeerdeten System gibt es kein internes SystemVerbindung zwischen den Leitern und der Erde. Als System besteht jedoch eine kapazitive Kopplung zwischen den Systemleitern und den benachbarten geerdeten Oberflächen. Folglich ist das "ungeerdete System" aufgrund der verteilten Kapazität in Wirklichkeit ein "kapazitiv geerdetes System".

Unter normalen Betriebsbedingungen ist dies der FallDie verteilte Kapazität verursacht keine Probleme. Tatsächlich ist es vorteilhaft, weil es tatsächlich einen neutralen Punkt für das System festlegt. Infolgedessen werden die Phasenleiter nur bei einer Leiterspannung über Erde beansprucht.

In Erdfehlern können jedoch Probleme auftreten. Ein Erdschluss in einer Leitung führt dazu, dass im gesamten System eine vollständige Leitung-zu-Leitung-Spannung auftritt. Somit liegt an allen Isolierungen im System eine 1,73-fache Spannung an.

Diese Situation kann bei älteren Motoren und Transformatoren häufig zu Ausfällen aufgrund von Isolationsschäden führen.

Nicht geerdetes neutrales System

Vorteile

Nach dem ersten Erdschluss wird angenommen, dass es bleibtAls ein einziger Fehler kann die Schaltung weiter betrieben werden, so dass die Produktion fortgesetzt werden kann, bis ein geeignetes Herunterfahren für Wartungsarbeiten geplant werden kann.

Nachteile

1. Die Interaktion zwischen dem fehlerhaften System undIhre verteilte Kapazität kann dazu führen, dass transiente Überspannungen (mehrere Male normal) von Leitung zu Masse auftreten, während eine Schaltung mit einem Leitungsfehler gegen Erde (Kurzschluss) normal geschaltet wird. Diese Überspannungen können zu Isolationsfehlern an anderen Stellen als dem ursprünglichen Fehler führen.
2. Ein zweiter Fehler in einer anderen Phase kann auftreten, bevor der erste Fehler gelöscht werden kann. Dies kann zu sehr hohen Fehlerströmen von Leitung zu Leitung, zu Geräteschäden und zur Unterbrechung beider Stromkreise führen.
3. Die Kosten für Geräteschäden.
4. Kompliziert für das Auffinden von Fehlern, einschließlich alangwieriger Prozess von Versuch und Irrtum: Zuerst die korrekte Zuführung isolieren, dann den Zweig und schließlich die fehlerhafte Ausrüstung. Das Ergebnis ist unnötig lange und teure Ausfallzeiten.

2. Fest neutrale geerdete Systeme

Fest geerdete Systeme werden normalerweise in Niederspannungsanwendungen bei 600 Volt oder weniger verwendet. In einem fest geerdeten System ist der Sternpunkt mit der Erde verbunden.

Durch die Neutralleiter-Erdung wird das Problem der vorübergehenden Überspannungen, die im ungeerdeten System vorgefunden werden, und der Pfad für den Erdfehlerstrom im Bereich von 100% etwas verringert 25 bis 100% des dreiphasigen Fehlerstroms des Systems..

Wenn jedoch die Reaktanz des Generators oder Transformators zu groß ist, wird das Problem der transienten Überspannungen nicht gelöst.

Während solide geerdete Systeme eine Verbesserung darstellenBei ungeerdeten Systemen und bei der Beschleunigung der Fehlerortung fehlt ihnen die Strombegrenzungsfähigkeit der Widerstandserdung und der zusätzliche Schutz, der dadurch entsteht.

Um die Systemintegrität und -sicherheit zu gewährleisten, TransformerDer Neutralleiter ist geerdet und der Erdungsleiter muss sich von der Quelle bis zum äußersten Punkt des Systems innerhalb derselben Laufbahn oder Leitung erstrecken. Ihr Zweck besteht darin, eine sehr niedrige Impedanz gegenüber Erdfehlern aufrechtzuerhalten, so dass ein relativ hoher Fehlerstrom fließen kann, wodurch sichergestellt wird, dass Leistungsschalter oder Sicherungen den Fehler schnell beseitigen und somit Schäden minimieren.

Stabil neutral geerdete Systeme

Es reduziert auch die Stossgefahr für das Personal erheblich!

Wenn das System nicht fest geerdet ist, wird derDer Neutralpunkt des Systems würde in Bezug auf Masse „schweben“, wenn die Last von Leitung zu Neutralleiter Spannungsunwuchten und Instabilität ausgesetzt wird. Der einphasige Erdfehlerstrom in einem fest geerdeten System kann den dreiphasigen Fehlerstrom überschreiten. Die Größe des Stroms hängt von der Fehlerstelle und dem Fehlerwiderstand ab.

Eine Möglichkeit, den Erdfehlerstrom zu reduzieren, besteht darin, einige neutrale Transformatoren freigelassen zu lassen.

Vorteile

Der Hauptvorteil von fest geerdeten Systemen sind niedrige Überspannungen, wodurch das Erdungskonzept bei hohen Spannungsebenen (HV) üblich ist.

Nachteile

1. Dieses System beinhaltet alle Nachteile und Gefahren eines hohen Erdfehlerstroms: maximale Schäden und Störungen.
2. Es gibt keine Servicekontinuität am fehlerhaften Abgang.
3. Die Gefahr für das Personal ist während des Fehlers groß, da die erzeugten Berührungsspannungen hoch sind.

Anwendungen

1. Verteilter Neutralleiter
2. 3 Phasen + Neutralverteilung
3. Verwendung des Neutralleiters als Schutzleiter mit systematischer Erdung an jedem Übertragungspol
4. Wird verwendet, wenn die Kurzschlussleistung der Quelle niedrig ist

Verweise:

• Von Michael D. Seal, P. E., GE Senior Specification Engineer.
• IEEE-Standard 141-1993, „Empfohlene Praxis für die elektrische Energieverteilung in Industrieanlagen“
• Don Selkirk, P. Eng, Saskatoon, Saskatchewan Kanada