Изолированная нейтраль


 

В настоящее время в России в сетях 6-35 кВ нормативными документами («Правилами устройства электроуста­новок») разрешены к применению только три режима заземления ней­трали. Пункт 1.2.16 ПУЭ, введенных в действие с 1 января 2003 г. гласит:

«...работа электрических сетей на­пряжением 3-35 кВ может предусматри­ваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор».

Режим изолированной нейтрали возник вследствие экономических соображений:

- экономии 4-го провода, 3-го трансформатора тока, возможности работы электроприемников при возникших однофазных замыканиях фазы на землю (ОЗЗ).

На рис. 2 приведена схема замещения участка сети с изолированной нейтралью (если элемента ХN нет), а на рис. 3. векторные диаграммы фазных напряжений и токов фаз без нагрузки в нормальном режиме и замыкании фазы «А» на землю.

В режиме без нагрузки установившийся ток состоит из трех слагаемых:

.

. Iз = Iас + Iс + IG

Где: Iз – зарядный ток линии,

Iас = -UN.ас *jω*(СА + СБ+ СС)– ток емкостной асимметрии;

UN.ас –потенциал нейтралив нормальном состоянии изоляции сети;

Iс = -UN*jω*(СА + СБ+ СС)–емкостной ток;

UN -потенциал между нейтралью и фазами;

IG = -UN*3G– активный ток.

Iас ≤ 2% Iс ; IG ≤ 6% Iс ; Iс =3 *Uф*ω*С;

При отключенной нагрузке сеть питается зарядным током: Iз = Uф*в ;

где : в – емкостная проводимость сети.

Зарядный ток линии можно примерно рассчитать по формулам:

Iз = Uном*(Ск *lк +Св *lв ), илиIз = Uном/350*(35 *lк +*lв ) при U≤10кВ

Где: Ск, Св- средний коэффициент емкостной проводимости кабельных (воздушных) линий, А/км*кВ;

lк, lв суммарная длина кабельных (воздушных) линий, км.

 

 

Рис. 2 Схема замещения участка сети с изолированной (компенсированной) нейтралью.

 

Рис. 3. Векторные диаграммы фазных напряжений и токов фаз без нагрузки в нормальном режиме и замыкании фазы «А» на землю.

 

На рис. 4 приведена схема распределения емкостного тока в сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю.

 

 

Рис. 4. Распределение емкостного тока в сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю.

 

Многолетний опыт эксплуатации сетей с изолированной нейтраль, накопленный не только в России, но и во всем мире, позволяет говорить о существенных не­достатках режима изолированной ней­трали в сетях 6-35 кВ, таких как:

- дуговые перенапряжения (3-4,5Uф) и пробои изоляции на первоначально неповреж­денных фидерах при однофазных за­мыканиях на землю в сети;

- возможность возникновения много­местных повреждений изоляции (од­новременное повреждение изоляции нескольких фидеров) при однофазных замыканиях на землю;

- повреждения трансформаторов на­пряжения (НТМИ, ЗНОЛ, ЗНОМ) при замыканиях на землю;

- сложность обнаружения места по­вреждения (места замыкания);

- неправильная работа релейных защит от однофазных замыканий на землю;

- опасность электропоражения пер­сонала и посторонних лиц при дли­тельном существовании замыкания на землю в сети.

В связи с наличием такого коли­чества недостатков режим изоли­рованной нейтрали в сетях 6-35 кВ был исключен в подавляющем боль­шинстве стран Европы, Северной и Южной Америки, Австралии и других странах еще в 40-50-х годах про­шлого века.

 

Компенсированная нейтраль.

 

В пункте 1.2.16 ПУЭ указаны граничные емкостные токи, начиная с которых должна приме­няться компенсация емкостного тока:

«Компенсация емкостного тока за­мыкания на землю должна применять­ся при значениях этого тока в нор­мальных режимах, приведенных в таблице 3.

Таблица 3

Вид электрической сети Напряжение, кВ Ток замыкания на землю, А
ВЛ на железобетонных и металлических опорах 3÷20, 35 ≤ 10
ВЛ на деревянных опорах 3÷6 ≤ 30
≤ 20
15÷20 ≤ 15
в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор- трансформатор 6÷20 ≤ 5

 

На рис. 5 приведена схема понижающей подстанция с нейтралью на стороне 6-10 кВ заземленной через дугогасящий реактор

 

Рис. 5. Схема понижающей подстанции с нейтралью на стороне 6-10 кВ заземленной через дугогасящий реактор.

 

В этом режиме на секцию шин 6-10 кВ через специально выделенную ячейку подключается трансформатор вывода нейтрали (с соединением обмоток Y-0/D или Z-0) и дугогасящий реактор. В этом режиме на секцию шин 6-10 кВ через специально выделенную ячейку подключается трансформатор вывода нейтрали (с соединением обмоток Y-0/D или Z-0) и дугогасящий реактор.

При однофазном замыкании на зем­лю в сети дугогасящий реактор созда­ет в месте повреждения индуктивную составляющую тока, равную емкост­ной. При этом суммарный ток в ме­сте повреждения становится равным практически нулю и первое возникшее в сети однофазное замыкание на зем­лю можно не отключать.

Режим с заземлением нейтрали че­рез дугогасящий реактор также достаточно давно используется в России в сетях с большими емкост­ными токами (городских сетях, сетях промышленных предприятий).

В сетях среднего напряжения 3-69 кВ европейских стран (Германия, Чехия, Швейцария, Австрия, Франция, Италия, Румыния, Польша, Финляндия, Швеция, Норвегия и др.) широко используется заземление нейтрали через дугогасящий реактор с шунтирующим низко­вольтным резистором (рис.6). Низко­вольтный шунтирующий резистор на­пряжением 500 В подключается через специальный контактор во вторичную силовую обмотку 500 В дугогасящего реактора. Такое техническое решение имеет следующие преимущества:

- отсутствие необходимости в немед­ленном отключении однофазного за­мыкания на землю и соответственно потребителя;

- малый остаточный ток в месте по­вреждения (не более 1-2 А);

- самоликвидация однофазных замы­каний (особенно на воздушных линиях);

- возможность организации селек­тивной автоматически действующей релейной защиты от однофазных за­мыканий на землю;

 

Рис. 6. Организация селективной релейной защиты от однофазных замыканий в сети с заземлением через дугога­сящий реактор с шунтирующим низковольтным резистором.

Подключе­ние шунтирующего резистора на 1-3 секунды создает только в по­врежденном фидере активный ток 3I0, величина которого определяется сопротивлением резистора и может составлять от 5 до 50 А. Этого тока достаточно для селективного сра­батывания даже обычной токовой защиты от замыканий на землю по­врежденного присоединения. Устав­ка простых токовых защит (код ANSI 51G) от замыканий на землю по току 3I0 на фидерах выбирается, исходя из собственного емкостного тока присоединения (или суммарного тока присоединения и питаемого им РП). Для современных цифровых защит с фильтрацией входного сигнала мож­но рекомендовать уставку на уровне 1,5 собственных емкостных тока при­соединения. Уставка по времени за­щит от замыканий на землю при дей­ствии на сигнал может приниматься в диапазоне от 0 до 0,5 сек в зави­симости от необходимости отстройки от переходных процессов.

Термическая стойкость резистора, как прави­ло, от 6 до 60 секунд. Подключение шунтирующего резистора регулятор реактора может выполнять как по факту перехода замыкания в устойчивое, так и просто через опре­деленную выдержку времени (напри­мер, через 5 с после возникновения перемежающегося замыкания). Если замыкание в течение выдержки вре­мени не перешло в устойчивое, то подключение шунтирующего рези­стора увеличивает активную состав­ляющую в месте повреждения, тем самым, способствуя стабилизации дуги (переходу замыкания в устойчи­вое). Если замыкание самоустрани­лось за время менее 5 с, резистор не подключается и сеть продолжает работать в нормальном режиме.

В проектной практике и эксплуата­ции мощность дугогасящего реактора выбирается исходя из емкостного тока сети и перспективы развития сети. В РД 34.20.179 (ТИ 34-70-070-87) мощ­ дугогасящих реакторов реко­мендуется выбирать по формуле:

Qr =1,25*Uф *Ic

 

Где: 1,25 - коэффициент, учитывающий возможное развитие сети;

Uф - номи­нальное фазное напряжение сети;

Ic - сум­марный емкостный ток сети (включая емкостные токи РП, при их питании от подстанции где устанавливаются дугогасящие реакторы).

 

Резистивное заземление нейтрали.

 

Впер­вые режим резистивного заземления нейтрали использовался в России в карьерных сетях 6 кВ в 1978-1983 г. и сетях 6 кВ собственных нужд блочных электростанций примерно в 1987 г. Однако, несмотря на по­лученный положительный опыт, раз­вития использования резистивного заземления нейтрали в СССР не про­изошло. Вероятно, это было связано с отсутствием в основном нормативном документе - «Правилах устройства электроустановок» разрешения на ис­пользование режима резистивного за­земления нейтрали.

На рис. 7 приведена типовая двух- трансформаторная подстанция с ней­тралью на стороне 6-10 кВ заземлен­ной через высоковольтный резистор.

В этом режиме на секцию шин 6-10 кВ через специально выделен­ную ячейку подключается трансфор­матор вывода нейтрали (с соединени­ем обмоток Y-0/D или Z-0), в нейтраль которого включается резистор.

На рис. 8 приведены возможные варианты включения резистора в сеть. Как правило, для реализации резистивного заземления нейтрали используют варианты 8а и 8в. Вари­ант 8б достаточно редкий и требует для своей реализации специального трансформатора.

Все режимы заземления нейтрали через резистор можно разделить на две большие группы с по­зиции создаваемого активного тока:

- высокоомное резистивное заземле­ние нейтрали при котором суммарный ток в месте замыкания (активный ток резистора плюс емкост­ный ток сети) не превышает 10 А. Как правило, однофазное замыкание на землю при таком режиме заземления нейтрали можно не отключать и защи­ты от замыканий на землю действуют на сигнал;

- низкоомное резистивное заземле­ние при котором суммарный ток в месте замыкания (активный ток резистора плюс емкост­ный ток сети) превышает 10 А. Как правило, суммарный ток однофазного замыкания при этом режиме заземле­ния нейтрали существенно превыша­ет 10 А, а именно, достигает десятков и сотен ампер, что требует действия защит от замыканий на землю на от­ключение без выдержки времени (или малой выдержкой).

 

 

Рис. 7. Схема понижающей подстанции с нейтралью на стороне 6-10 кВ, заземленной через резистор

 

 

 

Рис. 8. Варианты включения резистора в сеть.

 

Высокоомное резистивное зазем­ление нейтрали может выполняться только в сетях с емкостным током IC не более 5÷7 А, при этом активный ток IR, создаваемый резистором, должен быть больше емкостного тока сети: IC < 5÷7 А; IC ≤ IR .

Низкоомноезаземление нейтрали может выполняться в сетях с любым емкостным током, при этом активный ток IR, создаваемый резистором, так­же должен быть больше емкостного тока сети. Как правило, активный ток, создаваемый резистором, превышает емкостный ток сети не менее чем в 2 раза.

Обычно, ток, создаваемый резисто­ром при низкоомном резистивном за­землении нейтрали, лежит в пределах от 20 до 2000 А.

Выбор тока, создаваемого резисто­ром, при низкоомном заземлении ней­трали является разумным компромис­сом между двумя противоположными задачами: повышением чувствитель­ности защит от замыканий на землю за счет увеличения тока однофазного замыкания и ограничением тока в ме­сте повреждения (однофазного замы­кания) для снижения объема разруше­ния оборудования. Преимущества и недостатки сетей с нейтралью, заземленной через рези­стор представлены в таблице 4.

Таблица 4

Преимущества Недостатки
1. Отсутствие необходимости в немедленном отключении однофазного замыкания на землю (только для высокоомного заземления нейтрали); 2. Отсутствие дуговых перенапряжений; 3. Простая реализация релейной защиты; 4. Исключение повреждений измерительных ТН из-за феррорезонансных процессов; 5. Уменьшение вероятности поражения персонала и посторонних лиц (при низкоомном заземлении нейтрали и быстром отключении) 1. Увеличение тока в месте повреждения (только для низкоомного заземления нейтрали); 2. Необходимость отключения однофазных замыканий (только для низкоомного заземления нейтрали);  

 

В сетях с низкоомным заземлени­ем нейтрали защиты от замыканий на землю должны действовать на от­ключение поврежденного фидера с минимально возможной выдержкой времени. Однофазное замыкание при низкоомном резистивном заземлении нейтрали должно отключаться также быстро, как и двухфазное или трех­фазное КЗ.

Пример организации селективной релейной защиты от замыканий на землю в сети 6-10 кВ с низкоомным резистивным заземлением нейтрали показан на рис. 9.

Рис. 9. Вариант релейной защиты от замыканий на землю в сети 6-10 кВ с низкоомным резистивным заземле­нием нейтрали (активный ток резистора 100-400 А).



Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 567;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.017 сек.