Режимы заземления нейтрали

СОДЕРЖАНИЕ

1. Режимы заземления нейтрали.………………………………………….2

1.1.  Режим изолированной нейтрали ……………………….6

1.2.  Режим заземления  нейтрали в сети 6-35 кВ через  дугогосящий реактор.……………………………..………..9

3. Режим заземления нейтрали в сети 6-35 кВ через резистор (резестивное заземление нейтрали).…….….14

2. Разработка физических и математических моделей сетей 6-10кВ с воздушными и кабельными линиями……………………….

2.1 Физическая модель кабельной  сети 6-10кВ…………

2.2 Математическая модель  кабельной сети 6-10кВ……

3. Разработка защиты от  замыканий на землю в сетях  6-10кВ с воздушными и кабельными  линиями…………………………..

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………….

 

 

1.Режимы заземления  нейтрали.

 

Выбор режима заземления нейтрали в сети 6-35 кВ (или, по-другому, способа заземления нейтрали) - исключительно важный вопрос при проектировании и эксплуатации (реконструкции). Режим заземления нейтрали в сети 6-35 кВ определяет:

• ток в месте повреждения и перенапряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании;
• схему построения релейной защиты от замыканий на землю;
• уровень изоляции электрооборудования;
• выбор ОПН для защиты от перенапряжений;
• бесперебойность электроснабжения;
• допустимое сопротивление контура заземления подстанции;
• безопасность персонала и электрооборудования при однофазных замыканиях.

Таким образом, очевидно, что  режим заземления нейтрали в сети 6-35 кВ влияет на значительное число  технических решений, которые реализуются в конкретной сети.

В сетях среднего напряжения (с номинальным напряжением до 69 кВ по зарубежной классификации) применяются 4 режима заземления нейтрали (рис. 1.1).

То есть всего в мире в сетях среднего напряжения (до 69 кВ), в отличие от сетей высокого напряжения (110 кВ и выше), используются четыре возможных варианта заземления нейтральной точки сети:

 

 

               

 Рис.1.1 Режимы заземления нейтрали сетей среднего напряжения.

 

-изолированная (незаземленная);

-заземленная через дугогасящий реактор;

-заземленная через резистор (низкоомный или высокоомный);

- глухозаземленная (в России не применяется).

Кроме указанных четырех  режимов заземления нейтрали в мире применяется также комбинация (параллельное включение) дугогасящего реактора и резистора. Например, такая комбинация встречается в воздушных сетях 20 кВ Германии, где дугогасящий реактор обеспечивает гашение кратковременных однофазных перекрытий изоляции на землю, а низкоомный резистор подключается к нейтрали сети параллельно реактору только кратковременно специальным однофазным силовым выключателем. Резистор в такой схеме служит для селективного определения фидера с устойчивым однофазным замыканием на землю.

Если посмотреть на мировую  практику эксплуатации сетей среднего напряжения (см. табл. 1.1), то хорошо видно, что в отличие от России, где используется режим изолированной нейтрали (примерно 80 % сетей 6-35 кВ) и режим заземления через дугогасящий реактор (примерно 20 % сетей 6-35 кВ), в других странах чаще всего применяется заземление нейтрали через резистор или дугогасящий реактор. Режим заземления нейтрали через

Таблица 1.1 Режим заземления нейтрали в сетях 3-69 кВ в различных странах мира

Страна	Способ заземления нейтрали
	Изолированная	Заземленная через реактор	Заземленная через резистор	Глухозазем-ленная
Россия	+	+	-	-
Австралия	-	-	+	+
Канада	-	-	+	+
США	-	-	+	+
Испания	-	+	+	+
Португалия	-	-	+	-
Франция	-	+	+	-
Япония	-	-	+	-
Германия	-	+	+	-
Австрия	-	+	+	-
Бельгия	-	-	+	-
Великобритания	-	-	+	+
Швейцария	-	+	+	-
Финляндия	+	+	+	-
Италия	-	+	+	-
Чехия	-	+	+	-
Словакия	-	+	+	-
Швеция	-	+	+	-
Норвегия	-	+	+	-

 

резистор сравнительно новый и используется в России в ограниченном числе сетей 6-35 кВ. Впервые режим резистивного заземления нейтрали использовался в России в карьерных сетях 6 кВ в 1978-1983 г. [1, 2] и сетях 6 кВ собственных нужд блочных электростанций примерно в 1987 г. [3]. 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.

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».

Таким образом, в сетях 6-35 кВ в России разрешены все режимы заземления нейтрали, кроме глухого заземления.

Четкого определения и  рекомендаций, в каких случаях в сетях 6-35 кВ должен использоваться тот или иной режим заземления нейтрали, в ПУЭ, к сожалению, нет. В том же пункте 1.2.16 только указаны граничные емкостные токи, начиная с которых должна применяться компенсация емкостного тока.

Отсутствие рекомендаций по использованию режима нейтрали в сетях 6-35 кВ в ПУЭ, скорее всего, связано со сложностью формирования таких рекомендаций для большого разнообразия сетей 6-35 кВ (сельских, городских, сетей промышленных предприятий и др.) и необходимости учета при этом многих условий.

Из других нормативных документов, касающихся режима заземления

нейтрали, можно отметить также РД 34.20.179 (ТИ 34-70-070-87) «Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ». Это документ, касающийся исключительно компенсации емкостного тока замыкания на землю с помощью дугогасящих реакторов

(катушек). Другие режимы  заземления нейтрали в нем  не рассматриваются.

В части существующих нормативных  документов следует отметить отдельный пункт 5.11.8 в последней редакции «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей», посвященный режиму заземления нейтрали, который гласит: «...В сетях собственных нужд 6 кВ блочных электростанций допускается режим работы с заземлением нейтрали сети через резистор».

 

1.1. Режимы изолированной нейтрали

 

Режим изолированной нейтрали используется в России достаточно давно, и подавляющее большинство сетей 6-35 кВ (примерно 80 %) работает именно с этим режимом заземления нейтрали.

На рис. 2 приведена типовая двухтрансформаторная подстанция с изолированной нейтралью на стороне 6-10 кВ.

Как видно из рис. 1.2, в этом случае нейтральная точка в сети 6-10 кВ физически отсутствует, так как обмотки силовых трансформаторов на стороне 6-10 кВ соединены в треугольник. В сетях 35 кВ с изолированной нейтралью нейтральная точка физически присутствует, так как обмотки трансформаторов 35 кВ в большинстве случаев соединены в звезду с выводом нейтральной точки через отдельный проходной изолятор на крышку бака трансформатора.

                

Рис. 1.2. Понижающая подстанция с изолированной нейтралью на стороне 6-10 кВ

 

Многолетний опыт эксплуатации сетей с изолированной нейтралью, 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 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.

В сетях среднего напряжения 3-69 кВ стран Европы, Северной и Южной  Америки, Австралии режим изолированной  нейтрали применяется крайне редко (в исключительных случаях). В основном сети среднего напряжения 3-69 кВ этих стран работают с нейтралью, заземленной через резистор или дугогасящий реактор.

Одна из стран, в которых  имеется значительное число сетей  с изолированной нейтралью, - Финляндия. Там указанный режим используется исключительно в воздушных сетях 20 кВ и его применение существенно отличается от отечественной практики эксплуатации. В частности, при наличии режима изолированной нейтрали в сети 20 кВ защиты от замыканий на землю действуют на мгновенное отключение поврежденной воздушной линии. При отказе в отключении выключателя отходящей линии с выдержкой времени 0,5 секунды отключается выключатель ввода на секцию. Режим изолированной нейтрали в воздушных сетях 20 кВ Финляндии применяется исключительно для повышения чувствительности защит от замыканий на землю, так как сопротивление грунта на большей части территории этой страны в 20-50 раз выше, чем среднеевропейское. При таком высоком удельном сопротивлении грунта заземление нейтрали (глухое или через резистор) не увеличивает ток в поврежденном фидере, так как он в основном определяется сопротивлением грунта. Применение изолированной нейтрали в данном случае является вынужденной мерой и причина такого технического решения не обеспечение надежности электроснабжения, а повышение чувствительности защит от замыканий на землю и безопасности людей.

 

1.2. Режим заземления нейтрали в сети 6-35 кВ через дугогосящий реактор.

 

Компенсация емкостного тока замыкания на землю в сетях 6-35 кВ применяется для уменьшения тока замыкания на землю, снижения скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей  дуги, уменьшения перенапряжений при  повторных зажиганиях дуги и создания условий для ее самопогасания.

Компенсация должна применяться  при следующих значениях емкостного тока замыкания на землю сети в  нормальных режимах ее работы:

-в воздушных сетях  6-20 кВ на железобетонных или  металлических опорах и во  всех сетях 35 кВ - при токе более  10 А;

-в воздушных сетях,  не имеющих железобетонных или  металлических опор: при напряжении 6 кВ - при токе более 30 А, при  напряжении 10 кВ - более 20 А, при  напряжении 15-20 кВ - более 15 А.

Компенсацию допускается  применять также в воздушных  сетях 6-10 кВ при емкостном токе менее 10 А.

Для компенсации емкостного тока замыкания на землю применяются дугогасящие заземляющие реакторы с плавным или ступенчатым регулированием индуктивности.

В электрических сетях, где  в процессе эксплуатации емкостный  ток замыкания на землю изменяется не более чем на ±10%, рекомендуется  применять дугогасящие реакторы со ступенчатым регулированием индуктивности. 

Если же емкостный ток замыкания на землю изменяется более чем на ±10%, рекомендуется применять реакторы с плавным регулированием индуктивности, настраиваемые вручную или автоматически.

Автоматическая настройка  компенсации рекомендуется в  сетях 35 кВ при емкостном токе замыкания  на землю более 10 А и в сетях 6-10 кВ при емкостном токе более 50 А.

На рис. 1.3 приведена типовая двухтрансформаторная подстанция с нейтралью на стороне 6-10 кВ, заземленной через дугогасящий реактор.

 

Рис. 1.3. Понижающая подстанция 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.

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 (катушку) также достаточно давно используется в России в сетях с большими емкостными токами (городских сетях, сетях промышленных предприятий).