Выбор резистора для заземления нейтрали
Обновлено: 15.05.2024
Резистивное заземление нейтрали
При ОЗЗ 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 позволяет решить две важные задачи:
- селективно определить поврежденное присоединение (за счет простых релейных защит, действующих на отключение или сигнал) и незамедлительно принять меры по устранению повреждения;
- существенно ограничить уровень дуговых перенапряжений при ОЗЗ и исключить феррорезонансные процессы.
Применяются три варианта заземления нейтрали сетей 6 – 35 кВ через резистор: низкоомное, высокоомное и комбинированное.
Низкоомное резистивное заземление нейтрали применяется в случаях, когда ОЗЗ должно быть селективно отключено в течение минимально возможного времени. При этом ток в нейтрали должен быть достаточным для работы релейной защиты на отключение. В этом случае преимущество сети с изолированной нейтралью полностью исчезает, так как при ОЗЗ потребитель теряет питание по данной линии. Однако такой режим необходим там, где при ОЗЗ может возникнуть опасность для людей при падении провода ЛЭП на землю – люди могут попасть под шаговое напряжение или напряжение прикосновения.
Низкоомное заземление нейтрали с возможностью отключения поврежденных участков сети целесообразно применять в тех сетях, где обеспечена необходимая степень резервирования и автоматизации респределительных электрических сетей, систем электроснабжения и технологических процессов. В чисто кабельных сетях с высокой стеенью резервирования экономически и технически выгодно перейти от компенсированной системы заземления нейтрали (с применением ДГР) к нейтрали, заземленной через низкоомный резистор, сотключением поврежденного присоединения без выдержки времени.
Высокоомное резистивное заземление нейтралицелесообразно применять в тех случаях, когда сеть должна иметь возможность длительной работы в режиме ОЗЗ до обнаружения места ОЗЗ. 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.
Защита от внутренних перенапряжений, и в частности от феррорезонансных при неполнофазных режимах питания понижающих трансформаторов и электродвигателей, требует применения устройств, способных потребить энергию, запасенную элементами сети в их емкости и индуктивности. В зависимости от параметров сети эта энергия может составлять десятки киловатт в течение нескольких десятков секунд. Таким устройством, решающим задачу комплексной защиты сети с изолированной нейтралью от всех видов внутренних перенапряжений, является устройство заземления нейтрали сети через высокоомное активное сопротивление. Величина такого сопротивления оптимизируется по признакам необходимости и достаточности. Для подавления феррорезонансных перенапряжений величина резистора должна быть не менее величины критического сопротивления для контура схемы замещения сети. Критическое сопротивление определяется величиной емкости сети.
В сетях 35 кВ высокоомный резистор подключают к нейтрали одного из питающих трансформаторов, имеющих соединенную в “звезду” обмотку 35кВ с выведенной нейтралью. В этом случае не требуется никаких изменений в работе устройств РЗА. Высокоомный резистор может быть собран из элементов, используемых в качестве шунтирующих резисторов на выключателях типа ВВН или ВВ 220 и 330 кВ. Сопротивление одного резистора 15 кОм, длительная мощность 1,5 кВт. Минимальное число последовательно включенных элементов четыре, а суммарное сопротивление такого резистора 60 кОм.
Для подключения высокоомного резистора к нейтрали сети 6-10 кВ необходим заземляющий трансформатор с соединением обмоток “звезда с выведенной нейтралью - треугольник” мощностью 40 кВА. Величина сопротивления резистора определяется исходя из емкости сети, а мощность его из допустимого времени воздействия напряжения сети при однофазном замыкании на землю. Комплектация резистора может быть выполнена из единичных бетэловых резисторов типа РШ-2 (сопротивление 200 и 300 Ом) или из резисторов типа РНВ-6/10 (сопротивление 500 или 1000 Ом), выпускаемых московским НПО “Энерготехпром”. Однако для устройств заземления нейтрали через высокоомное сопротивление предпочтительнее проволочные резисторы, так как они допускают большие нагрузки и более надежны в эксплуатации.
Для подключения заземляющего трансформатора с резистором в нейтрали необходима отдельная ячейка с собственными устройствами РЗА. Схема подключения устройства к сети с изолированной нейтралью приведена на рис. 8.36.
Рис. 9.10. Защита сети 6 кВ от перенапряжений подключением
резистора к нейтрали сети.
Аналогичная система защиты сетей СН электростанций предусмотрена следующими директивными документами: “О защите от замыканий на землю сети 6,3 кВ СН для ТЭС и АЭС” N 2 799-Э, “О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС (Циркуляр Ц-01-88)”. Однако внедрение такой системы защиты возможно только в сетях, имеющих защитное отключение от однофазного замыкания на землю. Кроме того, заземление нейтрали, предписываемое директивными документами, осуществляется через бетэловые резисторы с суммарным сопротивлением 100 Ом, что создает в сети 6 кВ активный ток 30 А в месте замыкания на землю. Это значительно больше, чем необходимо для подавления перенапряжений, и приводит к увеличению объема разрушений в месте замыкания от дуги такой величины.
Эти недостатки исключены при заземлении нейтрали сети через высокоомный резистор, выбранный из величины емкости сети. Высокоомный резистор в нейтрали системы (как правило, в нейтрали специального вспомогательного трансформатора мощностью не менее S = U 2 ном /(3·RN)) (9.1)
обеспечивает стекание заряда нулевой последовательности за время Т между ближайшими замыканиями (при Unp>Uфтах), составляющее полупериод промышленной частоты (Т = 0,01 с). Сопротивление где 3Т @ 0,01 с.
Важной особенностью применения высокоомного сопротивления в нейтрали по сравнению с компенсацией является то, что при уменьшении емкости сети постоянная времени стекания свободного заряда через выбранный по приведенным условиям резистор, уменьшается, и, следовательно, эффект ограничения перенапряжения не изменяется. Если же постоянная времени увеличивается, что бывает редко, то в диапазоне изменения ее на 20-30% кратность перенапряжений достигает не более
После подключения к нейтрали резистора феррорезонансные явления практически прекращаются.
Высокомные резисторы, уменьшающие уровни перенапряжений и время их воздействия, необходимо устанавливать на ПС, питающих преимущественно воздушную сеть и не имеющих высокой степени резервирования.
Комбинированное заземление нейтрали осуществляется путем присоединения высокоомного резистора параллельно ДГР и позволяет снижать уровень перенапряжений при неточной настройке ДГР, а также способствует работе на сигнал релейных защит.
Выбор типа резистора для заземления нейтрал 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 отключение поврежденного присоединения;
- при заземлении нейтрали через резистор должны соблюдаться условия электробезопасности для людей при ОЗЗ на подстанциях (ПС) и распределительных пунктах (РП) с учетом существующего нормирования величины допустимого напряжения прикосновения.
Вопросы для самоконтроля.
1. Какие способы заземления нейтрали используются в электрических сетях?
2. В каких сетях применяется изолированная нейтраль?
3. Для чего применяется дугогасящий реактор (ДГР)? Почему он называется дугогасящим?
4. В каких целях используют резистивное заземление нейтрали? В каких случаях используют высокоомное, а в каких низкоомное заземление нейтрали?
5. Как режим нейтрали влияет на уровень перенапряжений в электрической сети?
6. Какими факторами определяется выбор режима нейтрали в электрической сети?
Трансформатор заземления нейтрали в сети генераторного напряжения
В данной статье речь пойдет о трансформаторе заземления нейтрали (ТЗН) устанавливаемый в сети генераторного напряжения.
Шаговое напряжение и напряжение прикосновения в месте ОЗЗ опасно для людей и животных.
Для предотвращения возникновения перенапряжений при ОЗЗ, быстрого отключения ОЗЗ, максимального охвата обмоток генераторов защитой от ОЗЗ, а также предотвращения феррорезонансных явлений в сетях с малыми токами ОЗЗ применяют низкоомное резистивное заземление нейтрали сети 6 (10) кВ с помощью трансформаторов заземления нейтрали (ТЗН).
Ниже рассмотрен способ низкоомного резистивного заземления нейтрали, рекомендованный институтами «Атомэнергoпроект» и «Тяжпромэлектропроект» и широко применяемый на электростанциях ЕЭС России и промышленных предприятиях.
К секции сборных шин через выключатель подключается специальный трансформатор заземления нейтрали со схемой соединения Y/∆. Между нулевой точкой обмотки ВН и «землей» включается резистор Rn c сопротивлением 100 Ом для сетей 6 кВ или 150 Ом для сетей 10 кВ (см. рис. 2.2).
В месте ОЗЗ проходит геометрическая сумма емкостного тока сети Iс и тока IR создаваемого устройством заземления нейтрали.
При малом емкостном токе Iс им можно пренебречь и считать, что ток ОЗЗ равен току через резистор RN [Л2]:
Естественно, что эти значения тока обеспечивают четкую работу токовых защит от ОЗЗ на отключение. Рассмотрим, насколько эффективно работают эти защиты при внутренних ОЗЗ в обмотках электрических машин.
Обмотки статора генераторов и электродвигателей обычно соединяют в звезду для исключения потерь от циркуляции токов третьей гармоники. Зону защиты такой обмотки при внутренних ОЗЗ можно определить по выражению [Л2]:
Отсюда видно, что при Iс.з = 4 А и токе ОЗЗ 40 А защита охватывает 90 % витков. Увеличить зону защиты обмотки статора при ОЗЗ можно, снижая ток срабатывания защиты или сопротивление заземляющего резистора [Л2].
Ток ОЗЗ по мере удаления от выводов в глубь статора составит [Л2]:
Трансформатор и резистор устанавливают в отдельном шкафу заземления нейтрали. Например, АО «Московский завод Электрощит» серийно выпускает шкаф заземления нейтрали ШЗН серии К-118УЗ. В нем установлены трансформатор типа ТСНЗ-63/10 мощностью 63 кВ. А на напряжение 6 или 10 кВ и включенные в нейтраль резистор и трансформатор тока типа ТЛК10-0,5/10Р-50/5. Стойкость резистора состовляет 1,5 с при токе 40 А и 1 ч при токе 5 А. Трансформатор ТСНЗ-63/10 на напряжение 10 кВ имеет облегченную изоляцию.
Резистор RN, примененный в схеме низкоомного резистивного заземления нейтрали, нетермостойкий, поэтому на случай редких, но возможных отказов защиты или выключателя присоединения с ОЗЗ на ТЗН предусматривается защита нулевой последовательности, которая отключает ТЗН, переводя сеть в режим с изолированной нейтралью.
Итак, низкоомное резистивное заземление нейтрали обеспечивает:
- подавление перенапряжений при ОЗЗ и феррорезонансных явлений;
- четкую работу релейной защиты от ОЗЗ на отключение поврежденного присоединения;
- максимальный охват обмоток электрических машин защитой от ОЗЗ;
- снижение броска емкостного тока присоединения при внешних ОЗЗ примерно в 2,5 раза по сравнению с режимом изолированной нейтрали. Поэтому ток срабатывания защиты присоединения от замыканий на землю может быть существенно снижен.
1. А.В. Беляев. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики. Часть 1.
2. Методические указания по выбору режима заземления нейтрали в сетях 6 и 10 кВ дочерних обществ и организаций ОАО «Газпром». СТО ГАЗПРОМ 2-1.11-070-2006.
Выбор резисторов для заземления нейтрали трансформаторов
Резистивное заземление нейтрали осуществляется высокоомным низковольтным резистором, подключенным к разомкнутой обмотке треугольника трансформатора заземления нейтрали (ТЗН) или высокоомным высоковольтным резистором, подключаемым к нейтрали 35 кВ силового трансформатора.
1. Сопротивление низковольтного резистора определяется по выражению:
- Uвн – напряжение ТЗН на стороне ВН;
- Uнн – напряжение ТЗН на стороне НН;
В соответствии с ПУЭ – 2017 (Украина) п. 4.2.185 (В ПУЭ 7-изд. данное требование отсутствует!) для исключения феррорезонансных процессов предлагается включение в разомкнутую обмотку трансформатора напряжения резистора сопротивлением 25 Ом. Однако, вносимое резистором затухание 25 Ом, эффективно лишь при очень малых емкостях сети 35 кВ (Iс < 0,013 А ).
2. Сопротивление высоковольтного резистора определяется по выражению:
- Uсн – напряжение ТЗН на стороне СН;
Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» и «PayPal» .
Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.
Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.
Ещё записи из рубрики "Выбор электрооборудования"
Выбор устройства от импульсных перенапряжений (УЗИП) необходимо осуществлять в соответствии с.
05.07.2018 · 0 ·В данной статье будет рассматриваться пример определения индуктивного сопротивления воздушной линии 10.
В данной статье речь пойдет о выборе кабельных лотков, его типа, габаритных размеров, допустимой нагрузки.
Выбор мощности трансформатора собственных нужд 6(10)/0,4 кВ строго соответствует методике расчета.
Для питания потребителей постоянного тока, требуется выбрать внешнюю аккумуляторную батарею, для.
резистор заземления нейтрали
Добрый день!
Напряжение 10 кВ, к секциям шин подключены низкоомные резисторы заземления нейтрали, подскажите пожалуйста он постоянно включен в сеть или же включается по факту появления земли? может быть есть норматив описывающий режим работы? Так же в документации Газпрома есть требование о том, что должна быть предусмотрена автоматика включения и отключения ТЗН, предотвращающая параллельную работу двух трансформаторов при включении СВ, посредством каких сигналов лучше сделать данную автоматику?
2 Ответ от scorp 2017-10-05 20:05:01
Evgen_PZA пишет:Evgen_PZA пишет:подскажите пожалуйста он постоянно включен в сеть или же включается по факту появления земли?
должна быть предусмотрена автоматика включения и отключения ТЗН, предотвращающая параллельную работу двух трансформаторов при включении СВ
Заземление нейтрали через резистор
2 Ответ от CLON 2011-07-18 11:51:25 (2011-07-18 11:52:39 отредактировано CLON)
Как правило не возможно, т.к. суммарные значения тока однофазных замыканий составляют от 5 до 20-30А (и это от всех присоединений П/С, а от каждого присоединения в среднем течет 1-5А). При резистивной нейтрали ток КЗ составляет как правило 400А, поэтому можно отпределить в какой фидер течет ток (точнее из какого фидера) и произвести селективное отклюяение от защиты, точно поврежденного фидера.
3 Ответ от SVG 2011-07-18 12:12:56
При сопротивлении резистора 100 Ом 60 ампер от него бегает. Уставка на фидере около 20А.
Выбор резистора для заземления нейтрали
Андрей Ширковец, ведущий инженер научно-исследовательского отдела
Леонид Сарин, директор
Михаил Ильиных, руководитель научно-исследовательского отдела, ООО «ПНП БОЛИД», г. Новосибирск
Виктор Подъячев, начальник производственно-технического департамента ОАО «Институт «Энергосетьпроект», г. Москва
ВЫБОР РЕЖИМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ
В условиях замены кабелей традиционного исполнения с бумажно-масляной изоляцией (БМИ) на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели) в единой, электрически связанной распределительной сети – городской, сети электроснабжения промышленных предприятий, схеме выдачи мощности электростанций и т.д. – могут оказаться кабели с различными механизмами пробоя и деградации электрической изоляции.
Инструкции производителей по сооружению и эксплуатации СПЭ-кабелей не предусматривают специальных требований к их испытаниям в комбинированной сети, не выработан и единый подход к уровням испытательных напряжений (в частности, выпрямленного)[1, 2]. После успешно проведенных испытаний в СПЭ-изоляции возможно развитие спровоцированных дефектов, что будет способствовать снижению ее электрической прочности в эксплуатации. С другой стороны, длительность воздействующих на СПЭ-изоляцию внутренних перенапряжений, а значит, интенсивность ее старения, в значительной мере определяются режимом заземления нейтрали сети.
За рубежом кабельные сети эксплуатируются в основном с резистивно-заземленной нейтралью, и при возникновении режима однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) поврежденный фидер отключается с переводом потребителя на резервное электроснабжение. Следовательно, изоляционная конструкция «здоровых» фаз кабеля СПЭ не находится длительное время под линейным напряжением, то есть не создаются дополнительные условия для прорастания триингов в толще твердой СПЭ-изоляции.
В зависимости от величины емкостного тока замыкания на землю отечественные кабельные сети 6–35 кВ эксплуатируются с изолированной нейтралью либо нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор (ДГР) или резистор. При возникновении в них режима ОЗЗ изоляция «здоровых» фаз СПЭ-кабелей может длительно (2–6 часов) подвергаться воздействию линейного напряжения. Поэтому конструкция отечественных СПЭ-кабелей была адаптирована к более тяжелым условиям эксплуатации за счет увеличения толщины изоляции кабеля: например, для кабеля номинальным напряжением 10 кВ с 3,4 до 4 мм [1]. Фактически при этом просто увеличилось время зарождения и развития триингов, что и определяет электрическую прочность и остаточный ресурс СПЭ-кабелей. Однако не все производители приняли необходимость усиления основной изоляции КЛ и реализовали ее при производстве СПЭ-кабелей [2].
Согласно исследованиям [3, 4], в зависимости от значения емкостных токов ОЗЗ, возникающие в распределительной сети с кабелями БМИ замыкания фазы на землю на начальной стадии вследствие «заплывания» канала электрического пробоя могут самоустраниться через несколько периодов промышленной частоты либо перейти в режим устойчивого горения дуги длительностью в единицы и десятки секунд, с последующим переходом в режим глухого металлического замыкания.
На начальном этапе ОДЗ повторные пробои в дуговом промежутке происходят при напряжении (0,6–1,0)Uфm и в дальнейшем, с науглероживанием канала электрического пробоя, снижаются до (0,6–0,8)Uфm. При достаточно хорошей компенсации емкостного тока в сети с ДГР возникающие в переходном процессе при ОДЗ перенапряжения не превысят (2,3–2,5)Uфm. Если же нейтраль изолирована, перенапряжения могут достигать (3,0–3,2)Uфm [5]. Эти условия неприемлемы для несамовосстанавливающейся изоляции – сшитого полиэтилена, в котором скорость роста триингов (рис. 1) напрямую определяется характером воздействующих перенапряжений [6]. Как показывает анализ свойств сшитого полиэтилена [7, 8], он в отличие от бумажно-масляной изоляции более чувствителен к воздействию высокочастотных перенапряжений. Изоляция кабеля СПЭ может подвергаться воздействию как грозовых, так и внутренних перенапряжений (коммутационные и перенапряжения при ОЗЗ, в том числе дуговые; частотой от единиц кГц до десятков МГц). Высокочастотные внутренние перенапряжения представляют опасность для СПЭ в сетях 6–35 кВ. При резком вводе энергии в твердый диэлектрик происходит разрыв связей между молекулами углерода и водорода в местах повышенной напряженности электрического поля, например, на кончике триинга, где напряженность электрического поля на 2–3 порядка может превышать среднюю напряженность [9].
Это приводит к изменению структуры и физико-механических свойств СПЭ и возникновению внутри него новых микрополостей, которые способствуют дальнейшему развитию электрического триинга в толще твердого диэлектрика в виде дендрита – древовидного образования, имеющего повышенную проводимость и приводящего к прогрессирующему разрушению изоляции.
Следовательно, необходимо подавить высокочастотные перенапряжения и максимально ограничить время воздействия напряжения промышленной частоты на СПЭ-изоляцию соответственно в переходном и установившемся режимах замыкания на землю. Этого можно добиться при переходе к низкоомному резистивному заземлению нейтрали, когда при возможности обеспечения резервного питания поврежденный кабель практически сразу же отключается.
При этом достигается не только существенное ограничение перенапряжений (за счет малого номинала резистора), но и точное определение поврежденного фидера с его последующим отключением (за счет организации селективной и чувствительной защиты от ОЗЗ). Как следствие, срок эксплуатации СПЭ-кабелей в сети с низкоомным заземлением нейтрали может быть значительно увеличен.
Вышеизложенная концепция перехода к режиму резистивного заземления нейтрали справедлива не только для комбинированных сетей 6–35 кВ, где одновременно эксплуатируются СПЭ-кабели и БМИ-кабели, но и для проектируемых сетей, базирующихся на использовании только кабелей с изоляцией из СПЭ.
МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОМИНАЛА РЕЗИСТОРА
Вопрос выбора режима заземления нейтрали в сетях со СПЭ- кабелями должен быть решен однозначно: только включение в нейтраль резистора, эффективно ограничивающего перенапряжения и создающего ток, которого будет достаточно для быстрого/мгновенного срабатывания защиты от ОЗЗ, позволит продлить срок службы СПЭ-кабелей и минимизировать затраты на их восстановление.
Иначе говоря, наиболее приемлемым вариантом является перевод любого возникающего в сети ОЗЗ в устойчивое с отключением поврежденного фидера и его последующим ремонтом. В противном случае длительное воздействие высокочастотных перенапряжений при неотключенном ОЗЗ (например, при горении прерывистой дуги) гарантирует накопление и развитие дефектов в изоляции СПЭ и приведет в дальнейшем к многоместным пробоям с необходимостью замены больших участков кабеля на одном или нескольких присоединениях.
Отметим также следующее. Поскольку определение места повреждения КЛ зачастую определяется с помощью прожига (для снижения переходного сопротивления), изоляция поврежденного кабеля всё равно будет нарушена. При этом может пострадать СПЭ-изоляция кабелей, расположенных рядом в траншее или кабельном канале.
Подобная ситуация имела место, в частности, при развитии повреждения кабеля 35 кВ АПвП–6(1 . 150/50) двухцепной кабельной вставки длиной 680 м в городских электрических сетях г. Новокуйбышевска (рис. 2). В результате поиска места повреждения КЛ-35 по одной цепи в результате неоднократного прожига из-за термического воздействия произошло полное разрушение соединительной муфты и была повреждена фаза соседнего кабеля другой цепи 35 кВ.
Компенсация емкостного тока в сети 6–35 кВ со СПЭ-кабелями нецелесообразна, поскольку выше было показано, что поддержание режима ОЗЗ даже в течение небольшого времени крайне неблагоприятно для твердой изоляции из СПЭ. Кроме того, при возникновении двухместного ОЗЗ и/или значительных расcтройках компенсации в сети с ДГР из строя могут выйти сразу несколько СПЭ- кабелей, а изоляция оставшихся в работе линий будет подвергаться деградации в течение всего времени существования замыкания за счет развития имеющихся (либо возникших) дефектов. К тому же самогашение дуги в кабелях СПЭ даже при очень хорошей компенсации емкостного тока ОЗЗ неэффективно, поскольку «заплывания» канала пробоя не происходит.
Нелишним будет упомянуть и о включении СПЭ-кабелей в комбинированные сети с БМИ-кабелями и ДГР, когда поиск поврежденного присоединения, даже при современном уровне автоматизации, может происходить путем поочередного отключения фидеров. Каждая коммутация выключателем, особенно вакуумным, присоединения с СПЭ-кабелем приводит к генерации высокочастотных перенапряжений, также сокращающих изоляционный ресурс кабеля СПЭ. Переход к глухому заземлению нейтрали тоже необоснован:
при высоких уровнях токов однофазного короткого замыкания на землю и двустороннем заземлении экрана СПЭ-кабеля возможно перегорание экрана. Хотя допустимый ток односекундного КЗ для медного экрана сечением 16–95 мм 2 довольно велик и составляет (3,3–19,3) кА [10], фактически такие значения достигаются только при грамотном проектном решении и качественном монтаже КЛ с двусторонним заземлением экранов.
Однако при таком варианте заземления экрана одножильного СПЭ- кабеля по экрану возможно протекание тока, составляющего значительную долю от номинального тока присоединения даже в нормальном режиме работы. Система «жила–изоляция–экран» является «трансформатором», коэффициент передачи которого зависит от параметров кабеля и расстояния между осями соседних фаз при их расположении в вершинах равностороннего треугольника [11] (рис. 3).
Например, при расчетном коэффициенте передачи 0,3 и токе нагрузки порядка 1000 А ток в экране составит 300 А. Такие значения были зафиксированы при осциллографировании токов в экранах фаз кабеля 35 кВ АПвП-6(1 . 630/35) длиной 1250 м фидера «ДСП» (ПС «Электросталь», Металлургический завод им. А.К. Серова). Частые коммутациипечной установки – до 400 раз в сутки – с бросками тока нагрузки, отсутствие активного демпфера высокочастотных колебаний на направлении «КЛ–ПС» и ошибки монтажа (неправильная опрессовка жил на концевых заделках) привели к многочисленным повреждениям кабеля вследствие многоместного ослабления электрической прочности СПЭ- изоляции (рис. 4), необходимости установки дополнительных муфт. При отсутствии резервного питания на время ремонтных работ (3–4 часа) питание дуговой сталеплавильной установки прекращалось.
В работе [11] убедительно показано, что токи в экранах однофазных кабелей 6–35 кВ из сшитого полиэтилена представляют опасность для этих кабелей. Для снижения токов в экране в зависимости от длины кабеля осуществляется заземление экранов только в одной точке либо применение N циклов транспозиции экранов с установкой в рассечки специальных ОПН.
Поэтому при выборе резистора для заземления нейтрали в сети со СПЭ-кабелями необходимо найти компромиссное решение. С одной стороны, следует обеспечить термическую стойкость экранов КЛ, т.е. фактически ограничить ток однофазного КЗ, с другой – создать условия для максимально быстрого отключения поврежденного кабеля, используя резистор «разумного» номинала (т.е. не завышая чрезмерно достаточный для срабатывания РЗиА тока).
Обе эти задачи могут быть успешно решены при следующем условии: номинал резистора выбирается таким образом, чтобы ток, создаваемый им в точке ОЗЗ, был примерно равен фазному току самого мощного присоединения:
Приняв этот тезис за исходный, необходимо разрешить вопрос организации селективной и чувствительной защиты от ОЗЗ.
В качестве базового примера рассмотрим новый проект установки отключаемых резисторов в нейтрали сети 20 кВ ТЭЦ-16 и ПС «Сити-2» «Мосэнерго», выполненной кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена. Номинал каждого резистора – 12 Ом – обеспечивает создание активного тока в месте замыкания величиной
что сопоставимо с током нагрузки
В данных сетях, вследствие достаточного уровня резервирования, при ОЗЗ поврежденное присоединение отключается.
ЗАЩИТА ОТ ОЗ В СЕТИ С НИЗКООМНЫМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ
Исходить нужно из следующего: при однофазных замыканиях на землю должна срабатывать специальная защита от ОЗЗ, а при междуфазных КЗ – своя соответствующая защита. Такое исполнение защит позволит быстрее устранить аварию.
Если значение тока ОЗЗ, определяемое сопротивлением резистора в нейтрали, будет соизмеримо с токами нагрузки, поврежденное присоединение можно будет отключать с выдержкой времени. Выполнение защиты только с действием на сигнал нецелесообразно. Современная практика проектирования предусматривает возможность установки в ячейках КРУ трех трансформаторов тока (ТТ), на базе которых могут быть собраны трехтрансформаторные фильтры тока нулевой последовательности. Это связано с применением СПЭ-кабелей большого сечения и невозможностью охвата стандартными ТТ нулевой последовательности фазных кабелей.
Обратим внимание на следующие ключевые моменты:
1. Большие токи междуфазных КЗ (20–60 кА) приводят к появлению в трехтрансформаторных фильтрах тока нулевой последовательности значительных токов небаланса I нб , от которых необходимо отстраивать ток срабатывания защиты от ОЗЗ, если она не имеет соответствующей выдержки времени:
где kодн =1,0 – коэффициент однотипности ТТ;
e = 0,1 – предельная погрешность ТТ;
IКЗmax – максимальный ток междуфазного КЗ, который будет протекать по фильтру;
где kн = 1,1…1,2 – коэффициент запаса.
2. Чувствительность защиты оценивают коэффициентом чувствительности kч:
где IОЗЗ – ток однофазного замыкания на землю, определяемый сопротивлением резистора для заземления нейтрали.
Чувствительность защиты считается удовлетворительной, если kч 1,5.
При IКЗmax = (20–60) кА получаем IСЗО = (2,2–7,2) кА. Если ток резистора 1000 А, что близко к току нагрузки, защита от ОЗЗ оказывается нечувствительной. Для обеспечения минимально необходимого kч = 1,5 ток резистора должен быть (3,3–10,8) кА, что представляет сложности с точки зрения обеспечения термической стойкости оборудования – в частности, кабельных экранов.
Заметим: даже при включении в схему токоограничивающих реакторов (а их использование в сетях со СПЭ-кабелями целесообразно при токах трехфазного КЗ свыше 15–20 кА) и соответствующем повышении kч чувствительность защиты от ОЗЗ будет недостаточной. Это следует из того, что для получения минимального kч = 1,5 в рассматриваемых сетях ток должен быть ограничен согласно (2), (3), (4) до величины IКЗmax 6,1IОЗЗ, что представляется труднодостижимым.
3. Поскольку при заданных условиях чувствительность защиты оказалась ниже требуемой, выполнить защиту от ОЗЗ можно с выдержкой времени D tОЗЗ, превышающей выдержку времени защиты от междуфазных КЗ D tКЗ на ступень селективности D t:
Выдержку времени защит от междуфазных КЗ примем D tКЗ = 0,1 с;
ступень селективности D t =(0,3–0,4) с. Тогда выдержка защиты от ОЗЗ составит D tОЗЗ = (0,4–0,5) с.
При этом выражение (2) запишется в виде:
где k I одн принимается равным 0,5…1,0;
IНАГРmax – максимальный ток нагрузки, который оценочно можно принять равным номинальному первичному току установленных на защищаемом фидере ТТ I1номТТ.
При I1номТТ = (200–1500) А значение тока небаланса в соответствии с (6) I I нб = (10–150) А, ток срабатывания защиты согласно (3) IСЗ0 = (11–180) А.
При токе резистора 1000 А чувствительность защиты от ОЗЗ будет обеспечена с большим запасом.
Таким образом, селективная и чувствительная защита от ОЗЗ в кабельных, в том числе комбинированных сетях со СПЭ-кабелями, может быть выполнена в виде ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности. Защита реагирует на основную гармонику тока 3I0, протекающего по нулевому проводу трехтрансформаторного фильтра ТТ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Одним из важнейших условий, необходимых для продления срока эксплуатации сети со СПЭ-кабелями, является рациональный выбор режима заземления нейтрали.
Глухое заземление нейтрали сети 6–35 кВ, как было показано выше, неприемлемо по причине возникновения сверхтоков в экранах СПЭ-кабелей (как при коротких замыканиях на землю, так и в нормальном режиме, сопровождающемся, например, бросками тока нагрузки) и нарушения термической стойкости экранов.
Достаточно давно ведется активное обсуждение необходимости исключения из практики эксплуатации режима изолированной нейтрали, для чего имеется целый ряд веских оснований [12, 13]. Если нейтраль заземлена через ДГР, возможно возникновение значительных уровней перенапряжений при ОДЗ, а наличие автоматических систем настройки компенсации не всегда решает проблему многоместных повреждений оборудования при замыканиях на землю [14]. К тому же такие способы заземления нейтрали подразумевают возможность длительного сохранения режима ОЗЗ без отключения потребителей.
Воздействие линейных напряжений на «здоровые» фазы СПЭ- кабеля приводит к увеличению средней напряженности электрического поля в СПЭ-изоляции и созданию благоприятных условий для развития триингов в электрически ослабленных местах, локально распределенных по толщине изоляции и длине кабеля. Это в свою очередь способствует накоплению и развитию дефектов в изоляционной системе СПЭ-кабелей, а в конечном итоге – повышению аварийности рассматриваемых сетей.
Наиболее приемлемым вариантом является режим заземления сети со СПЭ-кабелями через низкоомный резистор, работающий в комплексе с релейной защитой и гарантирующий быстрое отключение поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю. Для этого необходимо обеспечить резервирование участков сети, которые могут быть отключены при ликвидации ОЗЗ.
Анализ особенностей изоляционной среды рассматриваемых кабельных линий – сшитого полиэтилена, специфических факторов ее старения и зависимости этого процесса от режима заземления нейтрали сети – позволил предложить в качестве наиболее рационального способа заземления резистивное.
Учитывая это, а также принимая во внимание опыт использования заземляющих резисторов в ряде сетей 20 кВ «Мосэнерго», считаем целесообразным рекомендовать для включения в перспективные планы развития и модернизации кабельных сетей 6–35 кВ (в том числе сетей крупных промышленных предприятий и городов) с использованием СПЭ-кабелей:
1. Установку в нейтраль трансформаторов головных ПС (ТП) со стороны 6–35 кВ низкоомного резистора, выбранного из условия обеспечения им активного тока в месте ОЗЗ, близкого по величине фазному току наиболее мощного присоединения на шинах ПС (ТП). При этом обеспечивается ограничение перенапряжений и подавление резонансных и феррорезонансных явлений, инициируемых однофазными дуговыми замыканиями на землю.
2. Организацию селективной релейной защиты от ОЗЗ для сети со СПЭ-кабелями на базе включенного в нейтраль резистора. Ток срабатывания защиты определяется номиналом выбранного резистора и для сетей 20 кВ может быть принят на уровне 150–200 А. Защита должна иметь выдержку времени, превышающую выдержку времени резервной ступени защиты от междуфазных КЗ, установленной на том же фидере.
Литература
Резистивное заземление нейтрали
В настоящее время в сетях напряжением до 35 кВ все чаще применяется резистивное заземление нейтрали - заземление нейтрали через активное сопротивление.
При ОЗЗ 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 позволяет решить две важные задачи:
- селективно определить поврежденное присоединение (за счет простых релейных защит, действующих на отключение или сигнал) и незамедлительно принять меры по устранению повреждения;
- существенно ограничить уровень дуговых перенапряжений при ОЗЗ и исключить феррорезонансные процессы.
Применяются три варианта заземления нейтрали сетей 6 – 35 кВ через резистор: низкоомное, высокоомное и комбинированное.
Низкоомное резистивное заземление нейтрали применяется в случаях, когда ОЗЗ должно быть селективно отключено в течение минимально возможного времени. При этом ток в нейтрали должен быть достаточным для работы релейной защиты на отключение. В этом случае преимущество сети с изолированной нейтралью полностью исчезает, так как при ОЗЗ потребитель теряет питание по данной линии. Однако такой режим необходим там, где при ОЗЗ может возникнуть опасность для людей при падении провода ЛЭП на землю – люди могут попасть под шаговое напряжение или напряжение прикосновения.
Низкоомное заземление нейтрали с возможностью отключения поврежденных участков сети целесообразно применять в тех сетях, где обеспечена необходимая степень резервирования и автоматизации респределительных электрических сетей, систем электроснабжения и технологических процессов. В чисто кабельных сетях с высокой стеенью резервирования экономически и технически выгодно перейти от компенсированной системы заземления нейтрали (с применением ДГР) к нейтрали, заземленной через низкоомный резистор, сотключением поврежденного присоединения без выдержки времени.
Высокоомное резистивное заземление нейтрали целесообразно применять в тех случаях, когда сеть должна иметь возможность длительной работы в режиме ОЗЗ до обнаружения места ОЗЗ. 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.
Защита от внутренних перенапряжений, и в частности от феррорезонансных при неполнофазных режимах питания понижающих трансформаторов и электродвигателей, требует применения устройств, способных потребить энергию, запасенную элементами сети в их емкости и индуктивности. В зависимости от параметров сети эта энергия может составлять десятки киловатт в течение нескольких десятков секунд. Таким устройством, решающим задачу комплексной защиты сети с изолированной нейтралью от всех видов внутренних перенапряжений, является устройство заземления нейтрали сети через высокоомное активное сопротивление. Величина такого сопротивления оптимизируется по признакам необходимости и достаточности. Для подавления феррорезонансных перенапряжений величина резистора должна быть не менее величины критического сопротивления для контура схемы замещения сети.
В сетях 35 кВ высокоомный резистор подключают к нейтрали одного из питающих трансформаторов, имеющих соединенную в “звезду” обмотку 35кВ с выведенной нейтралью. В этом случае не требуется никаких изменений в работе устройств РЗА. Высокоомный резистор может быть собран из элементов, используемых в качестве шунтирующих резисторов на выключателях типа ВВН или ВВ 220 и 330 кВ. Сопротивление одного резистора 15 кОм, длительная мощность 1,5 кВт. Минимальное число последовательно включенных элементов четыре, а суммарное сопротивление такого резистора 60 кОм.
Для подключения высокоомного резистора к нейтрали сети 6-10 кВ необходим заземляющий трансформатор с соединением обмоток “звезда с выведенной нейтралью - треугольник” мощностью 40 кВА. Величина сопротивления резистора определяется исходя из емкости сети, а мощность его из допустимого времени воздействия напряжения сети при однофазном замыкании на землю. Комплектация резистора может быть выполнена из единичных бетэловых резисторов типа РШ-2 (сопротивление 200 и 300 Ом) или из резисторов типа РНВ-6/10 (сопротивление 500 или 1000 Ом), выпускаемых московским НПО “Энерготехпром”. Однако для устройств заземления нейтрали через высокоомное сопротивление предпочтительнее проволочные резисторы, так как они допускают большие нагрузки и более надежны в эксплуатации.
Для подключения заземляющего трансформатора с резистором в нейтрали необходима отдельная ячейка с собственными устройствами РЗА. Схема подключения устройства к сети с изолированной нейтралью приведена на рис. 8.36.
Аналогичная система защиты сетей СН электростанций предусмотрена следующими директивными документами: “О защите от замыканий на землю сети 6,3 кВ СН для ТЭС и АЭС” N 2 799-Э, “О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС (Циркуляр Ц-01-88)”. Однако внедрение такой системы защиты возможно только в сетях, имеющих защитное отключение от однофазного замыкания на землю. Кроме того, заземление нейтрали, предписываемое директивными документами, осуществляется через бетэловые резисторы с суммарным сопротивлением 100 Ом, что создает в сети 6 кВ активный ток 30 А в месте замыкания на землю. Это значительно больше, чем необходимо для подавления перенапряжений, и приводит к увеличению объема разрушений в месте замыкания от дуги такой величины.
Эти недостатки исключены при заземлении нейтрали сети через высокоомный резистор, выбранный из величины емкости сети. Высокоомный резистор в нейтрали системы (как правило, в нейтрали специального вспомогательного трансформатора мощностью не менее S = U 2 ном /(3·RN)) обеспечивает стекание заряда нулевой последовательности за время Т между ближайшими замыканиями (приUnp>Uфтах), составляющее полупериод промышленной частоты (Т = 0,01 с). Сопротивление где 3Т @ 0,01 с.
Резистор, выбранный из этого условия, создает в месте повреждения активную составляющую тока, равную емкостной. Действительно ток замыкания IС= 3 ·ωС · Uф а ток резистора - IRN = Uф / RN . Из условия IС = IRN получается:
При чисто емкостной цепи замыкания на землю резистор, выбранный таким образом, увеличивает ток замыкания в √2 раз.
Важной особенностью применения высокоомного сопротивления в нейтрали по сравнению с компенсацией является то, что при уменьшении емкости сети постоянная времени стекания свободного заряда через выбранный по приведенным условиям резистор, уменьшается, и, следовательно, эффект ограничения перенапряжения не изменяется. Если же постоянная времени увеличивается, что бывает редко, то в диапазоне изменения ее на 20-30% кратность перенапряжений достигает не более 2,5 Uф.
После подключения к нейтрали резистора феррорезонансные явления практически прекращаются.
Высокомные резисторы, уменьшающие уровни перенапряжений и время их воздействия, необходимо устанавливать на ПС, питающих преимущественно воздушную сеть и не имеющих высокой степени резервирования.
Комбинированное заземление нейтрали осуществляется путем присоединения высокоомного резистора параллельно ДГР и позволяет снижать уровень перенапряжений при неточной настройке ДГР, а также способствует работе на сигнал релейных защит.
Выбор типа резистора для заземления нейтрал 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 отключение поврежденного присоединения;
- при заземлении нейтрали через резистор должны соблюдаться условия электробезопасности для людей при ОЗЗ на подстанциях (ПС) и распределительных пунктах (РП) с учетом существующего нормирования величины допустимого напряжения прикосновения.
Читайте также: