Сейчас широко применяется система изолированной нейтрали сетей 6-35 кВ (без компенсации и с компенсацией емкостных токов), которая по своей физической сущности обладает рядом принципиальных недостатков, связанных с режимом однофазного замыкания на землю. Основные из них - это различного рода перенапряжения и повышенная опасность поражения людей и животных электрическим-током.
Это будет видно по току повреждения как высокое сопротивление при отражении в первичной. Для силового трансформатора с вторичной вторичной связью первичный трансформатор однофазного заземления соединен между нейтральной точкой и землей, а резистор подключен во вторичном контуре, как показано на рисунке. трансформатор должен быть, по крайней мере, равен напряжению в линии от нейтрали и может быть равен линейному напряжению системы, если это более удобно. Вторичным током в условиях замыкания на землю будет ток заземления системы, умноженный на коэффициент трансформатора.
Принципиальная возможность модернизации системы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ - это переход на резистивную систему. Рези- стивная система заземления нейтрали сетей 6-35 кВ обеспечивает снижение уровня дуговых перенапряжений, селективное обнаружение поврежденного присоединения, его быстрое отключение и улучшение условий электробезопасности.
Исторически сложившиеся системы заземления нейтрали
Вторичным напряжением в условиях замыкания на землю будет напряжение в сети от нейтрали, деленное на коэффициент трансформатора. Используя эти значения, можно вычислить сопротивление и мощность заземляющего резистора. Значения, показанные на рисунке 3, являются результатами для тока замыкания на землю 5А.
Обратите внимание, что омическое значение отличается от значения, указанного на рисунке 2, но требуемая мощность одинакова. Полевые измерения будут определять окончательную настройку. Высокоомное заземление делает и надевает. При использовании высокоомной заземляющей системы следует соблюдать следующие рекомендации.
При однофазных замыканиях на землю в сетях с заземленной через резистор нейтралью во всех присоединениях протекают собственные емкостные токи, а в поврежденном присоединении, кроме того, протекает активный ток, создаваемый резистором. Это принципиальное отличие позволяет решить две важные задачи: селективно определить поврежденное присоединение (за счет применения простых релейных защит, действующих на отключение или сигнал) и незамедлительно принять меры по устранению повреждения; существенно ограничить уровень дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях на землю и исключить феррорезонансные- процессы.
Наземляться только при заземляющем резисторе. Также называемые нейтральными заземляющими резисторами, они ограничивают ток, который будет протекать через нейтральную точку трансформатора или генератора в случае замыкания на землю. Резисторы заземления ограничивают токи повреждения током, что не приводит к дальнейшему повреждению распределительных устройств, генераторов или трансформаторов, помимо того, что уже было вызвано самой неисправностью.
Элементы нейтрального заземляющего резистора
Нейтральные заземляющие резисторы являются ключевым элементом хорошей электрической подстанции. Резисторы заземления являются ключевым компонентом схемы защиты от замыканий на землю в большинстве систем генерации и распределения электроэнергии среднего напряжения.
Резисторные материалы и допуски
Резисторы заземления, предназначенные для работы с более высокими температурами, требуют меньшей активной массы, что приводит к более компактным и экономичным конструкциям. Существует штраф в размере, когда указаны материалы с низким коэффициентом; в какой степени это стоит платить, не всегда ясно.Применяются три варианта заземления нейтрали сетей 6-35 кВ через резистор: низкоомное, высокоомное и комбинированное. Низкоомное резистивное заземление нейтрали применяется в случаях, когда однофазное замыкание на землю должно быть селективно отключено в течение минимально возможного времени. При этом ток в нейтрали должен быть достаточным для работы релейной защиты на отключение (от 10 до 100 А). Высокоомное резистивное заземление нейтрали целесообразно применять в случаях, когда сеть должна иметь возможность длительной работы в режиме однофазного замыкания на землю до обнаружения места замыкания. При этом ток в нейтрали должен быть такой величины, чтобы исключить появление опасных дуговых перенапряжений и снижение электробезопасности, но быть достаточным для определения поврежденного присоединения и работы релейной защиты на сигнал (не более 10 А). Комбинированное заземление нейтрали осуществляется присоединением высокоомного резистора параллельно ДГР и позволяет снижать уровень перенапряжений при неточной настройке ДГР, а также способствует работе на сигнал релейных защит.
Многие резисторы заземления в этом отношении слишком завышены, так как инженеры интуитивно неудобны с идеей заземляющего резистора с очень широким диапазоном тока, чем в результате анализа производительности. Разумеется, существует возможность экономии затрат за счет принятия более высоких температурных коэффициентов, более дешевых сталей. Реалистичные полноразмерные тесты являются неотъемлемой частью процесса разработки и являются отправной точкой для всех наших правил и методов проектирования. Для любого клиента разумно запрашивать такие документы.
Выбор типа резистора для заземления нейтрали производится по трем основным критериям:
резистор должен обеспечивать снижение уровня дуговых перенапряжений;
сопротивление резистора в нейтрали должно гарантировать протекание
активного тока в поврежденном присоединении, достаточного для действия
релейных защит на сигнал или на отключение поврежденного присоединения;
Возможное решение задачи
Из-за расхода, типовое тестирование обычно требуется только тогда, когда новые конструкции имеют фундаментальные изменения или расширения для рабочего конверта. Каждая катушка поддерживается ребристыми керамическими изоляторами, установленными на центральной опоре из нержавеющей стали, с клеммами из нержавеющей стали, приваренными на каждом конце.
Материалы и дизайн корпуса
Предпочтительным материалом корпуса является неокрашенная нержавеющая сталь. Это имеет хорошие долгосрочные уровни коррозии, повреждения и сопротивления жаре. Мы также можем предложить мягкую сталь, оцинкованную горячим способом или предварительно оцинкованную, и все эти варианты можно покрасить.
при заземлении нейтрали через резистор должны соблюдаться условия электробезопасности для людей при однофазном замыкании на землю на подстанциях и распределительных пунктах с учетом существующего нормирования величины допустимого напряжения прикосновения.
Основной параметр резистора - его активное сопротивление R p , величина которого выбирается по критерию снижения уровня перенапряжений и затем может корректироваться по условиям работы релейной защиты и условию электробезопасности.
Хорошо вентилируемый нейтральный заземляющий корпус обеспечивает более быстрое охлаждение, поэтому для данного материала требуется меньше резисторного материала. После полной неисправности некоторые части нейтрального заземляющего корпуса могут быть опасно горячими. Последствия этого могут быть смягчены путем маркировки, конструкции вентиляции, конструкцией корпуса или добавлением тепловых экранов, которые не допускают попадания горячих деталей. Принимая во внимание, что подстанции не сильно заселены и что ошибки являются редкими и никогда не длительными, решение, которое не добавляет непропорциональной стоимости, очевидно, необходимо: мы считаем, что самые яркие предупреждающие надписи - лучший подход.
Первый критерий выбора резистора - снижение уровня перенапряжений. Аналитически и экспериментально установлено, что наибольшая эффективность защиты сетей от дуговых перенапряжений достигается при условии, что активная составляющая тока замыкания I зА, создаваемая резистором, больше суммарного емкостного тока сети I с. При определенных трудностях выполнения условия I зА > I с допускается при выборе сопротивления резистора использовать менее жесткое условие I зА >0,5 I с .
Благодаря установке дополнительных компонентов в резисторном агрегате и использованию совместимого реле защиты от замыкания на землю мы можем обеспечить мониторинг нейтрального заземляющего резистора. Мониторинг резисторов обеспечивает непрерывный мониторинг пути «нейтраль-земля», чтобы гарантировать, что нейтральный заземляющий резистор будет работать, если есть замыкание на землю. «Открытый» или отключенный резистор может оставаться незамеченным без этой системы, что приводит к ложному пониманию безопасности.
Если открыт резистор или нейтральный путь заземления, раздастся сигнал тревоги, а индикатор сопротивления резистора будет мигать красным. Система пульсации значительно уменьшит ваш ответ и время ремонта для замыкания на землю. Если есть замыкание на землю, нейтральный заземляющий резистор будет подавать сигнал тревоги. Система пульсации может быть активирована поворотом циферблата на панели управления резистором. Пульсирующая система может быть отключена с помощью поворота циферблата на панели управления резистором. Оборудование, вызывающее неисправность, может быть отключено и зафиксировано, при сохранении непрерывной работы остальной системы.
- Резистор изменит свое сопротивление, чтобы изменить ток замыкания на землю.
- Затем полученный импульс можно заземление.
Второй критерий выбора резистора - гарантия работы устройств релейной защиты и автоматики. Защита от однофазных замыканий на землю в сети организуется на всех присоединениях. Устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение присоединений без выдержки времени при низко- омном резистивном заземлении нейтрали и с действием на сигнал при высокоомном резистивном заземлении нейтрали и при комбинированном заземлении нейтрали.
Соответствующее реле защиты от замыкания на землю также должно быть выбрано для совместимости с пульсирующей системой в корпусе резистора.
- Амперметр: измерьте ток в резисторе.
- Вольтметр: измерьте напряжение в резисторе.
Контроль фидера является подмножеством второй защиты от замыкания на землю, но может использоваться без него. Основным дополнительным преимуществом использования второй защиты от замыкания на землю является назначение приоритетов для фидеров, что позволяет непрерывно работать с некоторыми фидерами при отключении других.
Селективность защит нулевой последовательности присоединений определяется тем, что активная составляющая тока однофазного замыкания на землю протекает только через поврежденное присоединение. Тип резистора по критерию работы устройств релейной защиты и автоматики выбирается в соответствии с условием
где I 3 - ток замыкания на землю за вычетом емкостного тока рассматриваемого присоединения, А; I С3 - максимальный ток уставки защиты из всех присоединений, А. Ток уставки защиты определяется по выражению
Для каждого фидера должны быть установлены соответствующие каналы фидерных реле и трансформаторы тока. Вторая защита от замыканий на землю. Вторая система защиты от замыкания на землю - это самая передовая и всеобъемлющая технология в нейтральных заземляющих резисторных системах. Этот тип оборудования настоятельно рекомендуется для систем с критически важными факторами.
Базовые нейтральные заземляющие резисторы, будь то высокое сопротивление или низкое сопротивление, могут защитить вашу систему только от одного замыкания на землю. Вторые системы защиты от замыкания на землю используют программируемый логический контроллер для назначения приоритетов фидерам в вашей системе. Если имеется несколько замыканий на землю, устройство подачи с наивысшим приоритетом будет продолжать работать, поэтому оно может поддерживать работу, в то время как податчик с более низким приоритетом отключится.
Тема заземления нейтрали уже несколько лет обсуждается на страницах журнала. Высказываются различные точки зрения, но к единому мнению специалисты пока не пришли.
Владимир Васильевич Назаров в своем материале попытался четко и доступно объяснить ряд важных моментов, которые следует учитывать при выборе способа заземления нейтрали, обосновал целесообразность перехода к высокоомному заземлению нейтрали.
Не является ли вероятность второй ошибки заземления низкой? При использовании высокоомной заземляющей системы происходит повышение фазного напряжения, что увеличит вероятность второго замыкания на землю в другой фазе. Эта функция позволяет нейтральному заземляющему резистору легко отсоединяться с помощью переключателя. Это создает удобство доступа для обслуживания и ремонта резисторной сборки. Благодаря низкой стоимости реализации и значительному увеличению удобства, это полезная настройка.
Конденсация может образовываться внутри невентилируемого корпуса и может препятствовать успешной работе резистора, приборов и элементов управления. Нагреватель будет поддерживать достаточно высокую температуру, чтобы предотвратить конденсацию. Позволяет быстро и легко получить доступ к внутренним компонентам для обслуживания или ремонта. Устраняет вероятность несанкционированного доступа к продукту и обеспечивает доступ только к авторизованному персоналу. Уникальные болты используются в корпусе для предотвращения несанкционированного доступа. Только персонал со специальными инструментами будет способен открывать корпус. . Если вы предусмотрите, что ваш продукт установлен в сейсмических зонах, мы настоятельно рекомендуем использовать специальную фиксацию.
РЕЗИСТИВНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ НЕЙТРАЛИ В СЕТЯХ 6-35 кВ
Ретроспектива и будущее
Работы в области оптимизации режима нейтрали сетей 6-35 кВ активно велись организациями, представленными в , с 1971 года по инициативе Хмельницкого предприятия электрических сетей ПЭО «Винницаэнерго». Причиной послужили несколько несчастных случаев в сетях 10 кВ.
Это будет поддерживать структурную целостность внутреннего резистора, удерживая его дальше от корпуса, что поможет оборудованию выдерживать сейсмическое событие. Вентилируется с помощью фильтра частиц. Гибридная система: Резисторы, реле и инструменты размещены в одном корпусе.
Резистор и элементы управления отдельно: Резисторы, содержащиеся в одном корпусе, и реле в отдельном корпусе. Кроме того, мы предлагаем только резисторную сборку без корпуса, если необходимо. Разверните следующие разделы, чтобы получить более подробную информацию о степенях защиты корпуса, которые мы предлагаем.
Из возможных направлений обеспечения условий безопасной эксплуатации сети были рассмотрены: повышение чувствительности устройств контроля изоляции и внедрение релейной защиты, действующей на отключение линии с однофазным замыканием (ОЗ), а также остро вставший вопрос надежности трансформаторов НТМИ, повреждения которых имели место при перемежающихся ОЗ с последующим отказом устройств контроля изоляции сети.
Корпуса, предназначенные для использования внутри помещений, обеспечивают степень защиты персонала от доступа к опасным частям и обеспечивают степень защиты оборудования внутри корпуса от проникновения твердых посторонних предметов. Не защищен от попадания воды.
Корпуса, предназначенные как для внутреннего, так и для наружного использования, обеспечивают степень защиты персонала от доступа к опасным частям; обеспечить степень защиты оборудования внутри корпуса от проникновения твердых посторонних предметов; обеспечить степень защиты от вредного воздействия на оборудование из-за попадания воды; и это будет неповрежденным внешним образованием льда на ограждении.
В ходе выполнения работ по комплексному решению этих задач, во-первых, выяснилась возможность повышения чувствительности сигнализации ОЗ по напряжению нулевой последовательности от 20 В в традиционных схемах до 3-5 В. Во-вторых, уже первые результаты опытов с резистивным заземлением нейтрали показали, что этим способом не только ограничиваются перенапряжения в режимах неустойчивых дуговых ОЗ, но и существенно снижается величина силы тока в первичных обмотках НТМИ при таких видах повреждений сети.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Для проведения исследований в сельской сети 10 кВ использовалась опытная установка (все устройства собственной разработки и изготовления) в составе однофазного силового трансформатора 6/0,4 кВ, двух низковольтных резисторов, а также тиристорного блока управления, распознающего характер ОЗ (полное или перемежающееся) и коммутирующего по заданной программе более мощный резистор .
Кроме того, было испытано устройство заземления нейтрали с емкостным регулятором тока компенсации и низковольтным резистором. Опытный реактор был дополнен вторичной силовой обмоткой к основной обмотке на 15 А. Четыре тиристорных ключа коммутировали: первый - резистор сопротивлением 4 Ом на время срабатывания селективной сигнализации ОЗ; второй - конденсатор, создающий в первичной обмотке емкостный противоток 1,5 А; третий - 3 А; четвертый - 6 А, обеспечивая ступень регулирования 1,5 А в диапазоне индуктивного тока реактора 4,5-15 А.
В 1970-х годах о широком распространении резистивного заземления нейтрали сети, как, к слову, и об использовании малых (на ток до 10 А) заземляющих реакторов, которое предписывалось для сельских сетей решением Главтехуправления Минэнерго СССР, не было и речи.
Трансформаторы напряжения
Основной причиной массового повреждения трансформаторов НТМИ были не дуговые перемежающиеся ОЗ, а конструкция самих ТН, создававшая связь фаз сети с землей через нелинейные индуктивности их высоковольтных обмоток. Для устранения этой причины были введены в эксплуатацию более 50 трансформаторов напряжения, в которых такая связь отсутствует.
Трансформаторы НТМ(и), собранные по схеме Арона, относящиеся к разряду незаземляемых, истинно антирезонансных, были дополнены высоковольтным трехфазным резисторным делителем и электронным блоком, выполняющими функции измерения напряжений фаз сети относительно земли (напряжений, некорректно называемых фазными) и сигнализации о появлении ОЗ с чувствительной (5 В) и грубой (20 В) уставками.
Идентичные выводы о необходимости изменения режима нейтрали или применения трансформаторов, не создающих указанную выше связь фаз с землей в сетях 6-35 кВ, позже были сделаны и другими исследователями .
Трансформаторы тока
Схемы устройств защиты и сигнализации (УЗС) ОЗ касаются и второго элемента системы первичной информации о параметрах режима сети - трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП), без которого не обойтись в построении селективных УЗС ОЗ.
Упрощение монтажа датчиков тока ОЗ на кабельных линиях 10 кВ было достигнуто посредством разработки и применения разъемного ТТНП, погрешность которого, в отличие от известного ТЗР, минимально зависела от тщательности его сборки (без демонтажа концевой муфты) и не превышала 3%. Применение таких ТТНП позволило успешно эксплуатировать централизованную защиту и селективную сигнализацию, отстроенные от максимального собственного емкостного тока наиболее длинной кабельной линии с учетом возможных послеаварийных режимов конкретной сети.
Но вопрос оснащения селективной сигнализацией оставался открытым именно в части ТТНП в ячейках КРУН с воздушными выводами. Из двух на то время возможных вариантов решения задачи: установка шинных ТТНП или монтаж кабельных вставок между присоединительными зажимами выключателя (линейного разъединителя) и проходными изоляторами выводов ВЛ - предпочтение было отдано второму.
Был еще и третий вариант - дополнение схемы измерения силы тока трансформатором в фазе В. Однако из-за тока небаланса в схеме фильтра тока нулевой последовательности (ФТНП), превышающего приемлемые значения, этот вариант далее не рассматривался.
Положение изменилось с появлением в начале ХХI века нанокристаллических магнитных материалов и применением их при конструировании трансформаторов тока, которые, в отличие от традиционных ТТ, позволяют получить ФТНП с током небаланса порядка 0,01% от номинального первичного тока трансформатора. Тем самым устраняется необходимость вынужденного использования громоздких, крупногабаритных шинных ТТНП, например в сетях генераторного напряжения электрических станций.
ДГР + резистор
В городских сетях г. Хмельницкий на одной из питающих подстанций 110/10 кВ в течение 10 лет, вплоть до момента ее реконструкции (проектная организация посчитала комбинацию «ДГР + резистор» не соответствующей ПУЭ и ПТЭ), эксплуатировалась установка параллельного включения ДГР и высоковольтного резистора. Резистор, постоянно включенный в режиме ожидания с целью ограничения напряжения смещения нейтрали, был оснащен автоматикой отключения с выдержкой времени 5 с после возникновения ОЗ. Работоспособность регулятора настройки компенсации (плунжерного реактора) обеспечивалась автоматическим отключением резистора на время 60 с с интервалом 30 мин.
В распределительном устройстве 10 кВ подстанции 110/10 кВ отходящие кабельные линии были оснащены селективной централизованной защитой/сигнализацией , действующей на отключение с выдержкой времени 3 с на двух линиях, питающих один из распределительных пунктов сети, а на остальных - на сигнал. На этом же РП были установлены устройства релейной защиты от ОЗ на отключение с выдержкой времени 1 с, а на всех проходных ТП, питаемых от данного РП, - указатели протекания тока ОЗ.
Рассматривалась целесообразность использования одного из известных способов выполнения устройств защиты, реагирующих на:
- величину установившегося тока ОЗ (простые токовые защиты);
- направление установившегося тока ОЗ (направленные защиты);
- высшие гармоники установившегося тока ОЗ;
- направление импульса тока нулевой последовательности в начальный момент ОЗ.
Избранный вариант централизованной защиты/сигнализации был доработан с учетом результатов анализа эксплуатации реле защиты от ОЗ в сетях горных предприятий, где по условиям безопасности требуется отключение линии с однофазным замыканием без выдержки времени. Данный анализ, выполненный ИГД им. А. А. Скочинского, ВостНИИ, МакНИИ, свидетельствовал о частых сбоях, отказах, неселективных срабатываниях эксплуатируемых в то время реле, а также о том, что необходимо не только усовершенствовать сами реле, но и создать условия для их правильного функционирования посредством внешнего относительно защит фактора - изменения режима нейтрали сети.
Этот вывод был подтвержден и нашими экспериментальными исследованиями, включая снятие осциллограмм токов и напряжений при различных видах ОЗ в действующих сетях: в карьерных 6 кВ Иршанского ГОК и Каменец-Подольского цементного завода, а также в сельских и городских 10 и 35 кВ Хмельницкого предприятия электрических сетей.
ДГР + резистор + релейная защита + сигнализация
Алгоритм действия комплекса «ДГР + резистор + релейная защита + сигнализация» был следующим. В случае возникновения ОЗ на любой из линий отмеченного выше РП срабатывают устройства сигнализации, указывающие оперативному персоналу сети конкретный поврежденный участок линии, а сама линия отключается выключателем на РП с выдержкой времени 1 с. Если ОЗ возникает на одной из линий питания РП или защита (выключатель) пропускает ОЗ на линии от РП, срабатывает РЗ на питающей подстанции с выдержкой времени 3 с. И в первом, и во втором случаях резистор остается постоянно включенным. В третьей ситуации, когда ОЗ возникает на любой из линий, не относящейся к рассмотренному РП, срабатывает селективная сигнализация на питающей подстанции, на РП и на участках линии, где произошло замыкание. Через 5 секунд отключается резистор, а ДГР продолжает выполнять свои функции вплоть до выделения из схемы сети уже известного поврежденного участка.
В данной установке использовались высоковольтные высокоомные резисторы серии ССН, изготовленные по нашему заказу в объеме экспериментальной партии московским предприятием «Энерготехпром» в 1980-х годах. Часть из них в комбинациях параллельного и последовательного соединений успешно прошла опытную эксплуатацию в сетях Винницкой энергосистемы.
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
Серьезная поддержка работ по исследованию и внедрению высокоомного заземления нейтрали распределительных сетей была оказана со стороны ВНИИЭ (Н. Н. Беляков, Л. В. Тимашова) и СибНИИЭ, в частности, выразившаяся в инициировании и впоследствии внесении в п. 1.2.16 ПУЭ 7-го изд. слова «резистор». В этом пункте однако заложено противоречие. Первый абзац гласит: «Работа электрических сетей напряжением 3-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор». А затем: «Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться (выделено автором - ред.) при значениях этого тока в нормальных режимах…». И далее излагаются требования, известные из ПУЭ 6-го изд., которые оставляют резистивному заземлению нейтрали распределительные сети, не подпадающие под указанные в этом же пункте ограничения.
Заметим, что в ПУЭ нет деления резисторов на высокоомные и низкоомные. Приходится, руководствуясь фразой «заземленной через дугогасящий реактор или резистор», догадываться, что речь идет о резисторе как эквиваленте по величине сопротивления дугогасящему реактору, т. е. высокоомном.
РЕЖИМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ
Официально различие толкований «высокоомный» и «низкоомный» резистор не установлено.
Высокоомное заземление
Относительно понятия высокоомного заземления специалисты близки к согласию, считая, что при таком режиме используются резисторы, активное сопротивление которых ориентируется на 100% от величины емкостного сопротивления сети при нормальной схеме электрических соединений. Этот режим практически не изменяет коэффициент замыкания на землю, остающийся близким к 1,73.
При этом сохраняются разногласия по поводу того, в каких сетях может использоваться высокоомное заземление. Мнение автора этой статьи однозначно: в сети с резистивным заземлением нейтрали, независимо от величины тока однофазного замыкания, линия с ОЗ отключается устройствами защиты за время не более 5 с. Сеть не эксплуатируется в режиме однофазного замыкания. Данное обстоятельство, кроме прочего, определяет, в каких сетях уместен такой режим, а также требования к самому резистивному устройству заземления нейтрали.
Обобщая накопленный опыт исследований и эксплуатации высокоомного заземления нейтрали распределительных сетей как в СНГ, так и за рубежом, можно ввести два критерия такого режима нейтрали. Первый - в соотношении накладываемого активного тока резистора к емкостному току ОЗ: I а = (1-2) I с. Второй - ограничение тока резистора величиной 1% от тока трехфазного короткого замыкания в сетях, где I с превышает 100 А, учитывая неявно выраженную корреляцию: мощность системы (ток трехфазного КЗ) - развитость питаемой сети (емкостный ток ОЗ).
Еще одно, весьма важное, уточнение: в сетях, питающих электроустановки с повышенной опасностью обслуживания, при емкостном токе ОЗ, меньшем 4 А, накладываемый активный ток резистора должен быть не меньше тех же 4 А.
Низкоомное заземление
Относительно определения низкоомного заземления следует ориентироваться на значения коэффициента замыкания на землю в пределах 1,4 (значения меньше 1,4 определяют зону эффективного заземления нейтрали) и 1,7 (ближе к величине, равной 1,6).
Для этого режима целесообразно введение ограничения в пределах 0,1-0,2 по току трехфазного КЗ. К слову, срабатывание устройства заземления неповрежденной фазы для создания искусственного двойного КЗ или применение устройств замыкания поврежденной фазы на время их включенного состояния переводят сеть в режим, эквивалентный глухому заземлению нейтрали системы.
Добавим, что режим низкоомного заземления нейтрали по-требует дополнительных материальных вложений в усиление заземляющих устройств подстанций, особенно на территориях с относительно большим удельным сопротивлением грунта. Также он неприемлем не только в сети с ВЛ на металлических и ж/б опорах, но и при наличии хотя бы одного пролета ВЛ любой конструкции.
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
К перечню показателей, влияющих на выбор варианта заземления нейтрали, в первую очередь относят кратность перенапряжений в сети при перемежающихся ОЗ.
Анализ опубликованных данных, полученных исследователями этих процессов, и результаты измерений, выполненных автором в сетях 6-35 кВ различного назначения, показали: кратности относительно 1,41 U ф этих перенапряжений подчиняются нормальному закону распределения . Его основные параметры:
- математическое ожидание - 2,27; 2,07; 1,92 в сетях соответственно с нейтралью изолированной, заземленной через ДГР, заземленный через высокоомный резистор;
- среднее квадратичное отклонение - 0,46; 0,40; 0,26.
Исходя из оценки математического ожидания, получаем вывод о не столь большой, как принято считать, опасности дуговых перенапряжений в сети с изолированной нейтралью. Но среднее квадратичное отклонение свидетельствует о весьма высокой вероятности, порядка 30% в двухсигмовом доверительном интервале, появления в такой сети перенапряжений в пределах 2,4-3,2 амплитудного значения фазного напряжения. Несколько лучше выглядит сеть с заземлением через ДГР. Существенным преимуществом обладает сеть с высокоомным заземлением нейтрали. Еще лучший показатель по параметру кратности перенапряжений свойственен сети с низкоомным резистором в ее нейтрали. Однако данное положительное свойство низкоомного заземления вовсе не означает его преимущество по комплексной оценке относительно иных режимов - с ДГР и тем более с высокоомным резистором.
ОБОБЩАЮЩИЕ МОМЕНТЫ
Объективный анализ сегодняшнего состояния распределительных сетей свидетельствует о невозможности отказа, тем более полного, от компенсации токов ОЗ. Но необходимо не упускать из виду ряд моментов, на которые обращалось внимание в :
- возросший уровень высших гармоник тока ОЗ;
- возможное повышение активной составляющей в токе замыкания;
- сложности построения и применения устройств автоматического определения поврежденного участка сети с ОЗ.
О достаточно высокой вероятности появления первого фактора свидетельствуют не только наши исследования, но и работы других авторов (например ). По второму данные были представлены еще раньше .
И если компенсация емкостных токов ОЗ сомнению не подлежит, то не могу согласиться с внедрением постоянно включенного резистора в нейтрали сети, где предусмотрено ее длительное, часами, функционирование в режиме ОЗ.
Возникает вопрос: допустимо ли совместное использование ДГР и резистора? Естественно, допустимо. Однако, во-первых, необходимо ограничить включенное состояние резистора, высоковольтного или низковольтного, только временем срабатывания устройств сигнализации и защиты от ОЗ. Во-вторых, данная комбинация - это полумера на время переходного периода к активно-адаптивным сетям высшего уровня.
Сущность активно-адаптивной распределительной сети (АкАд-сеть) в части режима ее нейтрали и защиты от аварийных ситуаций, связанных с замыканиями на землю (однофазными, многоместными), заключается в освобождении от одного из анахронизмов энергетики ХХ столетия - целесообразности, а подчас и необходимости длительного состояния сети с однофазным замыканием.
Задача обеспечения надежного электроснабжения решается с помощью системы управления сетью, которая создает условия его непрерывности и автоматической локализации поврежденного элемента сети, исключая необходимость ручного отключения с предварительным предупреждением потребителя. Функциональная схема такого управления сетью в плане автоматики и защиты от однофазных замыканий (рис. 1) представлена в .
Рис. 1. Функциональная схема АСЦУ
ВЫВОДЫ
Нейтраль распределительных сетей 6-35 кВ не должна быть изолирована от земли. В современных условиях их эксплуатации очевидно преимущество комбинированного, индуктивно-активного режима нейтрали: плавно или с малой дискретностью регулируемых ДГР с высокоомно-резистивным заземлением для создания условий надежного действия релейной защиты и сигнализации, подавления перенапряжений в начальной стадии ОЗ.
Активная часть устройства может быть выполнена в виде отдельно смонтированного высоковольтного резистора с соответствующим аппаратом коммутации или низковольтного, также коммутируемого резистора, подключенного к силовой вторичной обмотке ДГР.
В сетях, где внедряются кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена, а также сухие силовые трансформаторы (за ними, безусловно, будущее, но и те и другие требуют усиленной защиты от перенапряжений путем применения соответствующих ОПН), ситуация иная. Здесь целесообразно использовать высокоомно-резистивное заземление нейтрали, релейную защиту, действующую на отключение поврежденного участка линии и устройств АВР.
Аналогичное требование следует учитывать и в случае повышенного уровня гармоник в токе однофазного замыкания сети, отрицательно влияющих на эффективность применения ДГР.
В сетях, сооружаемых по концепции активно-адаптивных, где достигается их принципиально новое качество, выражающееся, в частности, в автоматизации процесса выделения поврежденного участка сети без даже кратковременного перерыва в питании потребителей электрической энергии, должны применяться высокоомный резистивный режим нейтрали, автоматика и защита от ОЗ, то есть полная автоматика, действующая по фактору ОЗ с опережающим включением резерва питания относительно момента отключения поврежденной линии, как составная часть кибернетического комплекса активно-адаптивной сети.
Режим низкоомного заземления нейтрали может быть использован после детального рассмотрения условий безопасности и оценки экономической эффективности по сравнению с режимом высокоомно-резистивного заземления в каждом конкретном варианте его применения.
В отношении разработки единого нормативного документа по выбору режима нейтрали в сетях 6-35 кВ следует согласиться с автором : необходимо не допускать самодеятельности в вопросах обеспечения электробезопасности.
ЛИТЕРАТУРА
- Назаров В.В. Устройство для изменения активного сопротивления в нейтрали некомпенсированных сетей 3-10 кВ // Энергетик. 1981. № 7.
- Назаров В.В. Защита электрических сетей от однофазных замыканий. Киев: Либідь, 1992.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е изд.
- Вайнштейн В.Л. Исследования высших гармоник тока замыкания одной фазы на землю // Промышленная энергетика. 1986. № 1.
- Назаров В.В. Исследования токов замыкания на землю в сетях 10 кВ с железобетонными опорами // Режимы нейтрали в электрических системах. Киев: Наукова думка, 1974.
- Фишман В.С. Нейтраль распределительных сетей. Какое решение предпочтительнее? // Новости ЭлектроТехники. 2013. № 6(84).
