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: 587;