Пояснювальна записка.

Компенсація ємнісних струмів замикання на землю в мережах 6-35кВ.

Вступ.   Найчастішим видом пошкодження (до 95%) в мережах 6, 10, 35 кВ є однофазні замикання   на землю (ОЗЗ), що супроводжуються протіканням через місце замикання ємнісного струму і перенапруги високої кратності на елементах мережі (двигунах, трансформаторах) у вигляді високочастотного перехідного процесу. Такі дії на мережу призводять в кращому випадку до спрацьовування земляних захистів. Відшукання пошкодженого приєднання представляється трудомісткою і тривалою організаційної завданням - почергове відключення приєднань затягується на тривалий час і супроводжується комплексом оперативних перемикань для резервування споживачів. І, як правило, більшість міжфазних замикань починається з ОЗЗ. Розвиток однофазних замикань на землю супроводжується розігрівом місця замикання, розсіюванню великої кількості енергії в місці ОЗЗ і закінчується відключенням споживача вже захистом МТЗ при переході ОЗЗ в коротке замикання. Змінити ситуацію можна застосуванням резонансного заземлення нейтрали.

Струми замикання.При ОЗЗ на землю через місце пошкодження протікає ємнісний струм, обумовлений наявністю електричної ємності між фазами мережі і землею. Ємність сконцентрована, в основному, в кабельних лініях, Довжина яких і визначає загальний ємнісний струм ОЗЗ (орієнтовно на 1 А ємнісного струму припадає 1 км кабелю).

Види ОЗЗ.Все ОЗЗ діляться на глухі (металеві) і дугові. Найбільш частим (95% всіх ОЗЗ) і найбільш небезпечним видом ОЗЗ є дугові ОЗЗ. Опишемо кожен вид ОЗЗ окремо.

1) з точки зору рівнів перенапруг на елементах мережі найбільш безпечні металеві замикання на землю (наприклад, падіння проводу повітряної ЛЕП на землю). У цьому випадку через місце пробою протікає ємнісний струм, що не супроводжується великими перенапруженнями на увазі специфіки такого роду ОЗЗ.

2) особливість дугових ОЗЗ - наявність електричної дуги в місці ОЗЗ, яка є джерелом високочастотних коливань, що супроводжують кожне ОЗЗ.

Способи придушення струмів ОЗЗ.Існує два способи придушення струмів ОЗЗ.

1) відключення пошкодженого приєднання - цей спосіб орієнтований на ручне або автоматичне (з використанням засобів РЗА) відключення. При цьому споживач відповідно до категорії перекладається на резервне живлення або залишається без харчування. Немає напруги на пошкодженій фазі - немає струму через місце пробою.

2) компенсація ємнісного струму в місці замикання встановленим в нейтралі мережі реактором, що володіє індуктивними властивостями.

Суть компенсації ємнісних струмів ОЗЗ.   Як було відмічено, при замиканні фази на землю (пробої) через місце ОЗЗ протікає ємнісний струм. Цей струм при найближчому розгляді обумовлений ємностями двох, що залишилися (непошкоджених) фаз, заряджених до лінійної напруги. Токи цих фаз, зрушені один щодо одного на 60 електричних градусів, підсумовуються в точці ушкодження і мають за величиною потрійне значення фазного ємнісного струму. Звідси і визначається величина струму ОЗЗ через місце пошкодження:. Цей ємнісний струм можна компенсувати індуктивним струмом дугогасного реактора (ДГР), встановленого в нейтраль мережі. При ОЗЗ в мережі на нейтрали будь-якого приєднаного до неї трансформатора, обмотки якого з'єднані в зірку, з'являється фазна напруга, Яке, якщо є висновок нейтрали, приєднаний до високовольтної обмотці реактора L, ініціює індуктивний струм реактора через місце пробою. Цей струм спрямований зустрічно ємнісному току ОЗЗ і може його компенсувати при відповідній настройці реактора (рис. 1)

Мал. 1 Шляхи проходження струмів ОЗЗ через елементи мережі

Необхідність автоматичної настройки в резонанс.   Для досягнення максимальної ефективності ДГР контур, утворений ємністю всієї мережі і індуктивністю реактора - контур нульової послідовності мережі (КНПС) - повинен бути налаштований в резонанс на частоті мережі 50 Гц. В умовах постійних переключень в мережі (включень / відключень споживачів) ємність мережі змінюється, що призводить до необхідності застосування плавнорегуліруемих ДГР і автоматичної системи компенсації ємкісних струмів ОЗЗ (АСКЕТ). Доречно зауважити, що застосовуються в даний час ступінчасті реактори типу ЗРОМ і ін. Налаштовуються вручну, виходячи з розрахункових даних про ємнісних струмах мережі, і тому не забезпечують резонансної настройки.

Принцип дії АСКЕТ. КНПС налаштовується в резонанс пристроєм автоматичного регулювання компенсації типу УАРК.101М, які працюють на фазовому принципі. На вхід УАРК.101М подаються опорний сигнал (лінійна напруга) і сигнал 3Uo з вимірювального трансформатора (наприклад, НТМИ). Для правильної і стійкої роботи АСКЕТ необхідно створити штучну несиметрію в мережі, що робиться джерелом порушення нейтрали (ИВН) - або включенням високовольтної конденсаторної батареї в одну з фаз мережі, або установкою спеціального несиметричного трансформатора типу ТМПС з вбудованим ИВН (з можливістю регулювання коефіцієнта трансформації з дискретністю 1,25% фазної напруги). В останньому випадку величина напруги 3Uo в режимі резонансу і стійкість роботи АСКЕТ залишаються постійними при зміні конфігурації мережі (див. Формули нижче). У нейтраль цього ж трансформатора встановлюється ДГР (наприклад, типу РДМР). Таким чином, АСКЕТ представляється у вигляді системи ТМПС + РДМР + УАРК.101М.

Про співвідношення величин природного та штучного несиметрії.У мережі з ізольованою нейтраллю напруга на розімкнутому трикутнику НТМИ з урахуванням коефіцієнта трансформації відповідає напрузі природної несиметрії.   Величина і кут цієї напруги нестабільні і залежать від різних факторів (кліматичних, ... ..и т. Д.), Тому для правильної роботи АСКЕТ необхідно створити більш стабільний сигнал як по величині, так і по фазі. Для цієї мети в КНПС вводиться джерело збудження нейтрали ( джерело штучної несиметрії). Якщо використовувати термінологію теорії автоматичного управління, штучна несиметрія є корисний сигнал, який використовується для управління КНПС, а природна - перешкода, від якої необхідно відбудуватися шляхом вибору величини штучної несиметрії. У мережах з наявністю кабельних ліній з ємнісним струмом 10 і більше ампер величина природної несиметрії, як правило, дуже мала. П.5.11.11. ПТЕЕСіС обмежує величину напруги несиметрії (природною + штучної) в мережах, що працюють з компенсацією ємнісного струму, на рівні 0,75% фазної напруги, а максимальний ступінь зміщення нейтралі на рівні не вище ніж 15% фазної напруги. На розімкнутому трикутнику НТМИ ці рівні будуть відповідати значенням 3Uo = 0,75в і 15В. Максимальний ступінь зміщення нейтралі можлива в режимі резонансу (рис.2).

Наведемо нижче формули для розрахунку напруги 3Uo в режимі резонансу для двох способів створення штучної несиметрії:

1) у разі застосування конденсатора Co

,

де - кутова частота мережі, 314,16 з-1,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image006_44.gif "width =" 24 "height =" 23 src = "\u003e - фазная ЕРС, В,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image008_37.gif "width =" 29 "height =" 27 "\u003e - коефіцієнт трансформації за 3Uo вимірювального трансформатора, в мережі 6 кВ - 60 /, в мережі 10 кВ - 100 / http: //pandia.ru/text/79/550/images/image010_32.gif "width =" 97 "height =" 51 "\u003e,

де КСМ - перемикається коефіцієнт зміщення фази В спеціального трансформатора.

З формул видно, що в разі застосування конденсатора Co величина 3Uo в точці резонансу залежить від ємнісного струму мережі (), а в разі застосування спеціального несиметричного трансформатора не залежить.

Мінімальне значення 3Uo вибирається, виходячи з умови надійної роботи пристрою УАРК.101М, і становить 5В.

У вищенаведених формулах не враховується величина напруги природної несиметрії мережі з огляду на її невеликих значеній..jpg "width =" 312 "height =" 431 "\u003e

Мал. 3 Вектори напруг в резонансно-заземленою мережі

висновки:

Точна автоматична компенсація ємнісного струму ОЗЗ є безконтактним засобом дугогашенія і в порівнянні з мережами, що працюють з ізольованою нейтраллю, з резистивної-заземленою, з частково компенсується, а також з комбіновано заземленою нейтраллю має такі переваги:

зменшує струм через місце пошкодження до мінімальних значень (в межі до активних складових і вищих гармонік), забезпечує надійне дугогашенія (запобігає тривалий вплив заземляющей дуги) і безпеку при растекании струмів в землі;

полегшує вимоги до заземлюючих пристроїв;

обмежує перенапруги, що виникають при дугових ОЗЗ, до значень 2,5-2,6 Uф (при ступені розладу компенсації 0-5%), безпечних для ізоляції експлуатованого обладнання та ліній;

значно знижує швидкості відновлюються напружень на пошкодженій фазі, сприяє відновленню діелектричних властивостей місця ушкодження в мережі після кожного згасання переміжної заземляющей дуги;

запобігає накиди реактивної потужності на джерела живлення при дугових ОЗЗ, ніж зберігається якість електроенергії у споживачів;

запобігає розвитку в мережі ферорезонансним процесів (зокрема, самовільних зміщень нейтралі), якщо виконуються обмеження щодо застосування плавких запобіжників на лініях електропередачі;

виключає обмеження по статичній стійкості при передачі потужності по лініях електропередачі.

При компенсації ємнісних струмів повітряні і кабельні мережі можуть довго працювати з замкнувшейся на землю фазою.

література:

1. Лихачов на землю в мережах з ізольованою нейтраллю і з компенсацією ємнісних струмів. М .: Енергія, 1971. - 152 с.

2. Обабко адаптивних систем управління резонансними об'єктами. Київ: Наукова думка, 1993. - 254 с.

3. Фішман В. Способи заземлення нейтрали в мережах 6-35 кВ. Точка зору проектувальника. Новини Електротехніки, №2, 2008

4. Правила технічної експлуатації   електричних станцій і мереж Російської федерації. РД 34.20.501-видання. Москва, 1996.

Головний інженер

Мал. 2 Приклади резонансних характеристик КНПС

Мал. 4 Реакція резонансно-заземленою мережі на дугового пробою

     зміст:

В електротехніці існує таке поняття як ємнісний струм, більш відомий як ємнісного струму замикання на землю в електричних мережах. Дане явище виникає при пошкодженні фази, в результаті чого виникає так звана заземлювальна дуга. Для того щоб уникнути серйозних негативних наслідків, необхідно своєчасно і правильно виконувати розрахунок ємнісного струму мережі. Це дозволить зменшити перенапруження в разі повторного запалювання дуги і створить умови для її самостійного згасання.

Що таке ємнісний струм

Ємнісний струм виникає як правило на лініях з великою протяжністю. У цьому випадку земля і провідники працюють аналогічно обкладкам конденсатора, сприяючи появі певної ємності. Оскільки володіє змінними характеристиками, це може послужити поштовхом до його появи. У кабельних лініях, напругою 6-10 кіловольт, його значення може скласти 8-10 ампер на 1 км протяжності.

У разі відключення лінії, що знаходиться в ненавантаженому стані, величина ємнісного струму може досягти декількох десятків і навіть сотень ампер. В процесі відключення, коли настає момент переходу струму через нульове значення, напруга на розбіжних контактах буде відсутній. Однак, в наступний момент цілком можливе утворення електричної дуги.

Якщо значення ємнісного струму не перевищує 30 ампер, це не призводить до яких-небудь серйозних пошкоджень обладнання в зоні небезпечних перенапруг і замикань на землю. Електрична дуга, що з'являється на місці пошкодження, досить швидко гасне з одночасною появою стійкого замикання на землю. Всі зміни ємнісного струму відбуваються уздовж електричної лінії, в напрямку від кінця до початку. Величина цих змін буде пропорційна довжині лінії.

Для того щоб зменшити струм замикання на землю, в мережах, напругою від 6 до 35 кіловольт, здійснюється компенсація ємнісного струму. Це дозволяє знизити швидкість відновлення напруги на пошкодженій фазі після гасіння дуги. Крім того, знижуються перенапруги в разі повторних запалень дуги. Компенсація виконується із застосуванням дугогасящих заземлюючих реакторів, що мають плавну або ступінчасте регулювання індуктивності.

Налаштування дугогасних реакторів виконується відповідно до струмом компенсації, величина якого дорівнює ємнісному току замикання на землю. При налаштуванні допускається використання параметрів зайвої компенсації, коли індуктивна складова струму буде не більше 5 ампер, а ступінь відхилення від основної настройки - 5%.

Виконання настройки з недостатньою компенсацією допустимо лише в тому випадку, коли потужність дугогасного реактора є недостатньою. Ступінь розладу в цьому випадку не повинна перевищувати 5%. Головною умовою такого налаштування служить відсутність напруги зсуву нейтралі, яке може виникнути при несиметричних ємностях фаз електричної мережі - при обриві проводів, розтяжці жил кабелю і т.д.

Для того щоб заздалегідь попередити виникнення аварійних ситуацій   і вжити відповідних заходів, необхідно розрахувати ємнісний струм на певній ділянці. Існують спеціальні методики, що дозволяють отримати точні результати.

Приклад розрахунку ємнісного струму мережі

Значення ємнісного струму, що виникає в процесі замикання фази на землю, визначається лише величиною ємнісного опору мережі. У порівнянні з індуктивними і активними опорами, ємнісний опір володіє вищими показниками. Тому перші два види опорів при розрахунках не враховуються.

Освіта ємнісного струму найзручніше розглядати на прикладі трифазної мережі, Де в фазі А сталося звичайне замикання. У цьому випадку величина струмів в інших фазах В і С розраховується за допомогою наступних формул:

Модулі струмів в цих фазах I в і I с, з огляду на певні припущення С = С А = С В = С С і U = U А = U В = U С можна обчислити за допомогою ще однієї формули: Значення струму в землі складається з геометричної суми струмів фаз В і С. Формула цілком буде виглядати наступним чином: При проведенні практичних розрахунків величина струму замикання на землю може бути визначена приблизно по формулі:, де U ср.ном. - є фазним средненомінальним напругою ступені, N - коефіцієнт, а l являє собою сумарну довжину, мають електричний зв'язок з точкою замикання на землю (км). Оцінка, отримана за допомогою такого розрахунку, вказує на незалежність величини струму від місця замикання. Дана величина визначається загальною протяжністю всіх ліній мережі.

Як компенсувати ємнісні струми замикання на землю

Робота електричних мереж, Напругою від 6 до 10 кіловольт, здійснюється з ізольованою або заземленою нейтраллю, в залежності від сили струму замикання на землю. У всіх випадках в схему включаються дугогасящие котушки. Нейтраль заземлюється за допомогою дугогасних котушок, для того щоб компенсувати струми замикання на землю. Коли виникає однофазне замикання на землю, робота всіх електроприймачів триває в нормальному режимі, а електропостачання споживачів не переривається.

Значна протяжність міських кабельних мереж призводить до утворення в них великої місткості, оскільки кожен кабель є своєрідним конденсатором. В результаті, однофазне замикання в подібних мережах, може привести до збільшення струму на місці пошкодження до декількох десятків, а в деяких випадках - і сотень ампер. Вплив цих струмів призводить до швидкого руйнування ізоляції кабелю. Через це, в подальшому, однофазне замикання стає дво- або трифазним, викликаючи відключення ділянки і перериваючи електропостачання споживачів. На самому початку виникає нестійка дуга, поступово перетворюється в постійне замикання на землю.

Коли струм переходить через нульове значення, дуга спочатку пропадає, а потім з'являється знову. Одночасно на непошкоджених фазах виникає підвищення напруги, яке може привести до порушення ізоляції на інших ділянках. Для погашення дуги в ушкодженому місці, необхідно виконати спеціальні заходи щодо компенсації ємнісного струму. З цією метою до нульової точки мережі підключається индуктивная заземлюючі дугогасні котушка.

Схема включення дугогасящей котушки, зображена на малюнку, складається з заземляющего трансформатора (1), вимикача (2), сигнальної обмотки напруги з вольтметром (3), дугогасящей котушки (4), трансформатора струму (5), (6), токового реле ( 7), звукової та світлової сигналізації (8).

Конструкція котушки складається з обмотки з залізним сердечником, вміщеній в кожух, наповнений маслом. На головній обмотці є відгалуження, відповідні п'яти значень струму для можливості регулювання індуктивного струму. Один з висновків включається в нульову точку обмотки трансформатора, сполученої зіркою. У деяких випадках може використовуватися спеціальний заземлюючий трансформатор, а з'єднання виведення головної обмотки здійснюється з землею.

Таким чином, для забезпечення безпеки виконується не тільки розрахунок ємнісного струму, але і проводяться за допомогою спеціальних пристроїв. В цілому це дає хороші результати і забезпечує безпечну експлуатацію   електричних мереж.

Розміщено 05.07.2011 (актуально до 18.07.2013)

Як відзначають багато наших читачів, особливо фахівці проектних організацій, в наявній російської технічній літературі немає конкретних рекомендацій щодо вибору захистів від замикань на землю (ОЗЗ) і відсутні сучасні методики розрахунку уставок. Тому матеріали на цю тему викликають великий інтерес.

Олексій Шалин, д.т.н., професор кафедри електричних станцій Новосибірського державного технічного університету

У попередньому номері журналу ( «Новини електротехніки» № 4 (34) 2005) була опублікована стаття Олексія Івановича Шалина, в якій було наведено приклад розрахунку уставок захисту від замикань на землю, що реагує на напругу нульової послідовності.

Про значеннях коефіцієнта кидка

В були приведені рекомендації авторів з розрахунку уставок ненапрямлених струмових захистів   нульової послідовності від ОЗЗ. З цих рекомендацій видно, що фахівці істотно розходяться в думках щодо таких основоположних для розрахунку величин, як коефіцієнт кидка, нормований коефіцієнт чутливості і т.д.

У коментарі до Сергій Тітенков стверджує, що використовуваний в розрахунках коефіцієнт кидка, що залежить в основному від високочастотного струму нульової послідовності, що виникає в процесі розряду ємності пошкодженої фази ланцюга і заряду ємностей непошкоджених фаз, не зменшується при резистивном заземлении нейтрали мережі. Це визначається, зокрема, тим, що цей резистор в мережах 6-10 кВ включається в ланцюг малопотужного нейтралеобразующего трансформатора.

Як це часто буває в дійсності, будь-яке конкретне висловлювання має свої «кордони істинності». Якщо мова йде про резисторах, що встановлюються в нейтрали нейтралеров (нейтралер - трифазна дросельна котушка з з'єднанням зигзагом) відповідно до, то таку думку в більшості випадків абсолютно справедливо. За першої гармоніці індуктивний опір нейтралера потужністю 63 кВА на напругу 10 кВ становить 96 Ом. За 10-20 гармоникам, які присутні в процесі перезаряду ємностей при ОЗЗ, це опір зросте до 960-1920 Ом і при опорі резистора близько 100-150 Ом сумарний опір ланцюжка «нейтралер - заземлюючий резистор» буде практично повністю індуктивним. В результаті, в повній відповідності з думкою Сергія Тітенкова, заземляющий резистор практично не вплине на струми перезарядження ємкостей і, таким чином, не вплине на коефіцієнт кидка.

На напрузі 35 кВ трёхобмоточние силові трансформатори   зазвичай мають виведену нейтраль. Заземляющий резистор включають в ланцюг цієї нейтрали. В цьому випадку говорити про те, що цей резистор не впливає на струми перезарядження, було б невірно.

Про витримці часу

Розглянемо це питання на прикладі схеми, наведеної в. Тут живить трансформатор напругою 35 кВ має потужність 10 МВА. Від нього запитана одна повітряна ЛЕП, яка потім поділяється на два ланцюги, кожна з яких живить свій трансформатор потужністю 4 МВА зі схемою з'єднання первинної обмотки в зірку з виведеною нейтраллю. Для зниження рівня перенапруг в нейтрали трансформаторів ввімкнути заземлювальні резистори. Використання в мережі заземлюючих резисторів дозволяє підвищити ефективність захисту, але при цьому повинна бути переглянута методика вибору її уставок.

Відповідно до струм спрацьовування захисту від ОЗЗ Iсз в мережі з ізольованою нейтраллю при наявності кабельного трансформатора струму нульової послідовності вибирається з наступного умови:

де k н = 1,2 (коефіцієнт надійності);

k бр - коефіцієнт кидка, що враховує кидок ємнісного струму в момент виникнення ОЗЗ, а також здатність реле реагувати на нього;

I с.фід.макс - максимальний ємнісний струм захищається фідера.

Відповідно до для миттєво діючих захистів від ОЗЗ в розрахунках слід приймати значення твори k н k бр = 4 ... 5. Для захистів з витримкою часу при можливості виникнення перемежающейся дуги k н kбр = 2,5. Мабуть, ці значення рекомендовані автором для традиційних вітчизняних реле захисту, включаючи РТЗ-51.

В пропонується вважати k н = 1,2, k бр = 3 ... 5 (стосовно реле старих типів). Для реле РТЗ-51 рекомендується приймати k бр = 2 ... 3. При цьому пропонується виконувати захист без витримки часу. «При використанні для захисту від ОЗЗ сучасних цифрових реле, наприклад, серії SPACOM, в тому числі SPAC-800 ..., можна приймати значення k бр = 1 ... 1,5 (необхідно уточнити у фірми-виробника)».

На мою думку, там, де це можливо, краще використовувати захист від ОЗЗ з витримкою часу. Це дає можливість забезпечити селективність при двох і більш послідовно включених ЛЕП, використовувати в розрахунках менше значення коефіцієнта кидка, запобігає помилкові відключення непошкоджених ліній після того, як відключається ушкоджена лінія (через ферорезонансним явищ, пов'язаних з вимірювальними трансформаторами напруги), і т. д.

У деяких галузях (шахти, кар'єри і т.д.) є нормативні документи, Що вимагають негайного відключення ОЗЗ. Там необхідно використовувати миттєво діючі захисту від ОЗЗ.

Визначення ємнісних струмів

Величину I с.фід.макс = I CS для мереж з ізольованою нейтраллю в рекомендується, наприклад, визначати наступним чином:

для кабельних мереж

для мереж з повітряними ЛЕП

де U - номінальна напруга   мережі (кВ);

S - сумарна довжина ліній (км).

Сумарний ємнісний струм мережі визначається як сума описаних вище складових для всіх гальванически пов'язаних ліній мережі.

Більш точно величину ємнісного струму I с.фід.макс ЛЕП можна підрахувати, використовуючи, наприклад, дані за питомими ємнісним струмів в повітряних і кабельних ЛЕП, наведені в. Однак там же зазначається, що величина ємнісного струму, визначена за (2), (3), може давати похибку порядку 40-80% в порівнянні з реальним, заміряних при ОЗЗ в мережі, струмом. Одна з причин - неврахування ємностей щодо землі споживачів електроенергії, наприклад, двигунів, а також конструкції повітряних ЛЕП (тип опори, із заземлюючим тросом або без нього) і т.д.

(4)

де U ф - фазна напруга (кВ);

w = 2pf = 314 (рад / с);

C S - ємність однієї фази мережі відносно землі (Ф).

(5)

де c i - питома ємність на фазу i-ой лінії (Ф / км);

l i - довжина i-ой лінії (км);

m - число ліній (кабельних, повітряних із заземлюючим тросом і без нього);

c j - ємність на фазу j-го елемента мережі (Ф);

q j - число елементів мережі, крім ЛЕП (наприклад, двигунів);

n - загальне число таких елементів.

(6)

де S ном - номінальна повна потужність двигуна (МВ · А);

U ном - номінальна напруга двигуна (кВ).

Для інших типів електричних двигунів

(7)

де n ном - номінальна частота обертання ротора (об / хв).

Як зазначалося вище, розрахункові ємнісні струми мережі зазвичай відрізняються від реальних, які можна визначити лише виміром на об'єкті. Однак процес виміру ємнісного струму, крім технічних труднощів, пов'язаний ще й з деякою методичної невизначеністю. Досвід показує, що на багатьох об'єктах в складі ємнісного струму мережі навіть при металевому ОЗЗ присутні не тільки складові промислової частоти, а й значні струми вищих гармонік.

Замір сумарного значення струму, наприклад, за допомогою традиційних приладів, призначених для вимірювання струмів промислової частоти, пов'язаний з істотними похибками. Реально відзначалися похибки близько 30% (в тому числі в сторону зменшення заміряних струмів щодо розрахункового). Більш точно ємнісний струм мережі можна виміряти шляхом осцілло-графірованія з подальшим розкладанням на гармонійні складові.

Струми нульової послідовності в резистивної-заземлених мережах

При наявності в мережі декількох заземлюючих резисторів при зовнішньому ОЗЗ щодо захисту може протікати також активний струм I IR. При цьому замість I с.фід.макс в (1) треба підставляти

Чутливість перевіряється за величиною коефіцієнта k ч:

(9)

де k ч.норм - нормований коефіцієнт чутливості;

I ЗАЩ - струм в захисті пошкодженої ЛЕП.

У резистивної-заземлених мережах і установках

де I "CS - сумарний ємнісний струм мережі за вирахуванням ємнісного струму захищається фідера;

I R - струм заземляющего резистора, що протікає по захисту пошкодженого приєднання. В було показано, що при захисті від ОЗЗ повітряних ліній користуватися рекомендованими в значеннями нормативного коефіцієнта чутливості небезпечно через можливість утворення в місці ОЗЗ великого перехідного опору і відмови захисту з цієї причини. Там же були приведені рекомендації по перевірці чутливості захисту в цьому випадку.

Токи в перехідних режимах ОЗЗ

В даний час слабо вивчене питання про те, яким має бути значення коефіцієнта k бр при установці в нейтрали мережі заземляющего резистора. Є дві точки зору на цей рахунок:

Значення k бр має бути таким же, як в мережах без заземлюючих резисторів;

Значення k бр має бути прийнято меншим, ніж в попередньому випадку.

Відомо, що k бр залежить, зокрема, від відносини максимального струму   перезаряда ємностей мережі (струмів розряду ємності пошкодженої фази і дозаряда ємностей «здорових» фаз) і значення ємнісного струму захищається приєднання в сталому режимі зовнішнього ОЗЗ. На рис. 1 показана осцилограма струму нульової послідовності 3I0 в перехідному процесі ОЗЗ в одному з приєднань електричної мережі, описаної в, сумарний струм ОЗЗ в якій равен19 А. Осцилограма відповідає повторному загорянню переривчастої дуги в мережі, де заземлюючі резистори відсутні. Максимальне значення струму перехідного процесу склало 138 А, амплітудне значення усталеного струму 3I0 дорівнює 16 А. Позначивши відношення максимального струму до амплітуди усталеного як k max, отримуємо для розглянутого випадку k max = 8,62.

Встановивши в нейтраль живильного трансформатора заземлення резистор опором 2 кОм (струм резистора при ОЗЗ дорівнює 10 А, тобто 0,53 від повного ємнісного струму мережі), отримуємо для того ж приєднання k max = 1,3, тобто k max знизився більш ніж в 6,5 рази. Збільшення опору резистора призводить до зростання k max (в межах в даному випадку до 8,62). Якщо в мережі встановлено кілька заземлюючих резисторів і з даного приєднання при зовнішньому ОЗЗ протікає активний струм одного з них, то це призводить до деякого зниження значення k max, оскільки сталий струм 3I0 в розглянутому приєднання зростає.

З описаного ясно, що значення k бр в даному випадку може бути прийнято нижче, ніж при відсутності заземлюючих резисторів, причому ступінь зниження k бр залежить від опору резистора. В описаний ще один спосіб заземлення, призначений для забезпечення ефективної роботи селективного захисту від замикань на землю в мережах 6-10 кВ (рис. 2). В даному випадку нейтралеобразующій трансформатор не встановлюється.

При появі в мережі напруги нульової послідовності, що свідчить про те, що сталося замикання на землю, спеціальним вимикачем між кожною фазою і землею включається свій заземлюючий резистор. При цьому утворюються активні струми замикання на землю, придатні для селективного виявлення пошкодженого приєднання.

Для обмеження перенапруг, які можуть виникнути в мережі до включення заземлюючих резисторів, передбачається установка на шини ОПН. Їх термічна стійкість повинна бути забезпечена на час до включення заземлюючих резисторів і виявлення релейного захистом пошкодженого приєднання. Спрацювавши, релейний захист відключає пошкоджене приєднання, після чого заземлюючі резистори відключаються. Заземляющие резистори виконуються малопотужними, теплопоглинальні, з часом термічної стійкості близько 10-20 секунд.

Приклад розподілу струмів

На рис. 3 показано розподіл струмів в ланцюгах схеми.

При побудові рисунка були прийняті допущення про те, що:

- ємності фаз ЛЕП щодо землі багаторазово перевищують ємності інших елементів схеми;

Витоками через трансформатори напруги можна знехтувати;

Активний струм по ізоляції фаз відносно землі дуже малий;

Опору ЛЕП і обмоток трансформатора нехтує малі.

На схемі рис. 3 не показані комутаційні апарати та обмежувачі перенапруг. Тут Тр - живить трансформатор; ЛЕП1 - ЛЕП, на якій сталося замикання фази на землю; ЛЕП2 - неушкоджена ЛЕП (або група таких ліній); R1 - заземлюючі резистори.

З малюнка видно, що активні струми заземлюючих резисторів замикаються через що живить трансформатор Тр і пошкоджену фазу лінії ЛЕП1. В результаті по захисту пошкодженої ЛЕП протікає сума активних струмів резисторів непошкоджених фаз і ємнісного струму неушкодженою ЛЕП. Щодо захисту неушкодженою ЛЕП протікає тільки ємнісний струм цієї ЛЕП.

Описаний вище спосіб резистивного заземлення був реалізований на трьох підстанціях Ханти-Мансійську РЕМ нефтеюганск електричних мереж. Наявний до сьогоднішнього дня досвід експлуатації підтверджує високу ефективність такого технічного рішення. У разі застосування цієї схеми, як показують наші дослідження, заземлюючі резистори також знижують значення kmax, а значить, і k бр. При цьому для досягнення однакового ефекту опору резисторів в схемах рис. 2, 3 слід приймати в 3 рази більшими, ніж при включенні заземляющего резистора, наприклад, в нейтраль силового трансформатора.

Мал. 1. Осцилограма струму нульової послідовності в перехідному процесі однофазного замикання на землю в мережі 35 кВ

Мал. 2. Включення заземлюючих резисторів між фазами і землею при виникненні замикання на землю

Мал. 3. Розподіл струмів в ланцюгах схеми

Проведені дослідження дозволяють зробити наступний висновок: використання заземлюючих резисторів без нейтралеров призводить до можливості зменшення значення k бр. Застосування нейтралеров помітно знижує цей ефект, в більшості випадків практично зводячи його до нуля.

В результаті при включенні заземлюючих резисторів через нейтралери значення коефіцієнта кидка k бр слід брати, як і для мережі з ізольованою нейтраллю, відповідно до рекомендацій.

При включенні заземлюючих резисторів по описаним вище схемами без використання нейтралеров розрахункові значення k бр можуть бути знижені. Якщо струм заземляющего резистора приблизно дорівнює сумарному ємнісного струму мережі (як це рекомендується для оптимального обмеження перенапруг), значення коефіцієнтів кидка відповідно до можуть бути прийняті на рівні 1,2-1,3.

Якщо опору заземлюючих резисторів істотно більше ємнісного опору трьох фаз мережі (як це часто буває при великих значеннях   ємнісного струму), значення k бр може бути або взято таким же, як для мереж з ізольованою нейтраллю, або визначено після додаткових розрахунків струмів перехідного процесу ОЗЗ.

В була описана одна з особливостей горіння дуги в вітчизняних кабелях з паперово-масляною ізоляцією. Йшлося про те, що на початковій стадії ОЗЗ загоряння дуги в такому кабелі приводить до розкладання олійно-каніфольної просочення і виділення значної кількості газів, які гасять виниклу дугу. Поки що утворилися гази не «пішли» в різні боки від місця дуги між шарами паперу, дуга не горить. При цьому через що утворилася «паузи» в струмі нульової послідовності захист від ОЗЗ, що має витримку часу, може відмовити в спрацьовуванні. Причина в тому, що під час бестоковой паузи струмовий орган повертається в початковий стан і орган витримки часу, так і «не відрахувавши» встановлену витримку часу, також повертається в початковий стан.

Для запобігання таких відмов захисту від ОЗЗ в деяких імпортних захистах (а також в захисті УЗЛ спільного виробництва Новосибірського державного технічного університету та ТОВ «ПНП БОЛІД») є опція запам'ятовування факту запуску захисту. Якщо був «клевок» токового органу, то цей факт запам'ятовується на час до 0,3 с і при повторному «клювки» захист працює на відключення. Для таких захистів навіть при наявності в мережі заземляющего резистора рекомендується приймати підвищену значення k бр, наприклад, рівне 1,5.

Область застосування ненапрямлених захистів

В цілому ненаправлення струмові захисту від ОЗЗ можуть бути ефективні лише в установках з великою кількістю підключених до секції приєднань, кожне з яких має малий ємнісний струм. Тоді відбудова від цього струму відповідно до (1) не призведе до неприпустимого зниження чутливості. Цей випадок характерний, наприклад, для цехів підприємств з великою кількістю малопотужних електродвигунів, включених через короткі кабелі.

Якщо в такій мережі встановлено дугогасящий реактор, то для забезпечення ефективної дії захисту від ОЗЗ доцільно паралельно цьому реактору включити заземлюючий резистор, причому струм, що протікає по резистору при ОЗЗ, повинен перевищувати уставку самої «грубої» захисту в 1,5-2 рази. В цьому випадку ненаправлення струмові захисту можуть забезпечити необхідну селективність і високу чутливість при ОЗЗ.

Значного підвищення ефективності вдається досягти при використанні струмових захистів нульової послідовності з відносним виміром. Наприклад, існує мікропроцесорний термінал захисту, принцип дії якого заснований на порівнянні значень струмів нульової послідовності в усіх приєднання захищається секції збірних шин. Відбудовувати струм спрацьовування від ємнісних струмів приєднань не потрібно. При відсутності в мережі дугогасного реактора такий захист дозволяє ефективно виявити пошкоджене приєднання при ОЗЗ.

література

1. Шалин А.І. Захисту від замикань на землю в мережах 6-35 кВ. Приклад розрахунку уставок // Новини електротехніки. - 2005. - № 4 (34).

2. Шалин А.І. Замикання на землю в мережах 6-35 кВ. Переваги та недоліки різних захистів // Новини електротехніки. - 2005. - № 3 (33).

3. Шабад М.А. Розрахунки релейного захисту та автоматики розподільних мереж. - СПб .: ПЕІПК, 2003. - 350 с.

4. Андрєєв В.А. Релейний захист і автоматика систем електропостачання. - М .: Вища школа, 1991. - 496 с.

5. Александров А.М. Вибір уставок спрацьовування захистів асинхрон-Хроні електродвигунів напругою вище 1 кВ. СПб .: ПЕІПК, 2001..

6. Челазнов А.А. Розробка технічних регламентів   і стандартів в галузі енергетики ВАТ «Газпром» // Праці третьої всеросійської науково-технічної конференції «Обмеження перенапруг і режими заземлення нейтралі сетей6-35 кВ» / Новосибірськ, 2004. - С.12-25.

7. Про підвищення надійності мереж 6 кВ власних потреб енергоблоків АЕС. Циркуляр Ц-01-97 (Е). - М .: Росенергоатом, 1997..

8. Лур'є А.І., Панібратець А.Н., Зеновій В.П. і ін. Серія нейтралеров типу ФМЗО для роботи з керованими підмагнічуванням дугогасними реакторами серії РУОМ в розподільних мережах з ізольованою нейтраллю // Електротехніка. - 2003. - №1.

9. Електротехнічний довідник. Том 3. Виробництво, передача та розподіл електричної енергії / Під загальною редакцією професорів МЕІ В.Г. Герасимова і ін. (Гл. Редактор А.І. Попов) - 8-е изд. - М .: Видавництво МЕІ, 2002. - 964 с.

10. Бухтояров В.Ф., Мавріцин А.М. Захист від замикань на землю електроустановок кар'єрів. - М .: Недра, 1986. - 184 с.

11. Корогодський В.І., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейний захист електродвигунів напругою вище 1 кВ. - М .: Вища школа, 1987. - 248 с.

12. Патент на винахід РФ № 2157038. Пристрій для виявлення приєднання з замиканням на землю в мережі з ізольованою нейтраллю / Шалин А.І. Бюлетень винаходів № 27, 2000 г.

13. Шалин А.І. Замикання на землю в мережах 6-35 кВ. Випадки неправильних дій захистів // Новини електротехніки. - 2005. - № 2 (32).

Обговорити на форумі

Електричні мережі можуть працювати з заземленою або   ізольованою нейтраллю трансформаторів і генераторів. Мережі 6, 10 і 35 кВ працюють з ізольованою нейтраллю трансформаторів. Мережі 660, 380 і 220 В можуть працювати як з ізольованою, так і з заземленою нейтраллю. Найбільш поширені чотирипровідні мережі 380/220, які відповідно до вимог повинні мати заземлену нейтраль.

Розглянемо мережі з ізольованою нейтраллю. На малюнку 1, а зображена схема такої мережі трифазного струму. Обмотка зображена з'єднаної в зірку, однак все сказане нижче відноситься також і до випадку з'єднання вторинної обмотки   в трикутник.

Мал. 1. Схема мережі трифазного струму з ізольованою нейтраллю (а). Замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю (б).

Як би хороша не була в цілому ізоляція струмоведучих частин мережі від землі, все ж провідники мережі мають завжди зв'язок з землею. Зв'язок цей двоякого роду.

1. Ізоляція струмоведучих частин має певний опір (або провідність) по відношенню до землі, зазвичай виражається в Мегом.Це означає, що через ізоляцію провідників і землю проходить струм не якої величини. При хорошій ізоляції цей струм дуже малий.

Припустимо, наприклад, що між провідником однієї фази мережі і землею напруга дорівнює 220 В, а виміряний мегомметром опір ізоляції цього проводу дорівнює 0,5 МОм. Це означає, що струм на землю 220 цієї фази дорівнює 220 / (0,5 х 1000000) = 0,00044 А чи 0,44 мА. Цей струм називається струмом витоку.

Умовно для наочності на схемі опору ізоляції трьох фаз r1, r2, r3 зображуються у вигляді опорів, приєднаних кожне до однієї точки проводу. Насправді струми витоку в справної мережі розподіляються рівномірно по всій довжині проводів, в кожній ділянці мережі вони замикаються через землю і їх сума (геометрична, т. Е. З урахуванням зсуву фаз) дорівнює нулю.

2. Зв'язок другого роду утворюється ємністю про водників мережі по відношенню до землі.Як це розуміти?

Кожен провідник мережі та землю можна уявити собі як дві. В повітряних лініях   провідник і земля - ​​це як би обкладання конденсатора, а повітря між ними - діелектрик. У кабельних лініях обкладками конденсатора є жила кабелю і металева оболонка, поєднана з землею, а діелектриком - ізоляція.

при змінній напрузі   зміна зарядів конденсаторів викликає виникнення і проходження через конденсатори змінних струмів. Ці так звані ємнісні струми в справної мережі рівномірно розподілені по довжині проводів і в кожній окремій ділянці також замикаються через землю. На рис. 1, а опору ємностей трьох фаз на землю х1, х2, х3 умовно показані приєднаними кожне до однієї точки мережі. Чим більше довжина мережі, тим більшу величину мають струми витоку і ємнісні струми.

Подивимося, що ж станеться в зображеної на малюнку 1, а мережі, якщо в одній з фаз (наприклад, А) відбудеться замикання на землю, Т. Е. Провід цієї фази буде з'єднаний з землею через відносно малий опір. Такий випадок зображений на малюнку 1, б. Оскільки опір між проводом фази А і землею мало, опору витоку і ємності на землю цієї фази шунтуються опором замикання на землю. Тепер під впливом лінійної напруги мережі UB через місце замикання і землю будуть проходити струми витоку і ємнісні струми двох справних фаз. Шляхи проходження струму показано стрілочками нижче.

Замикання, показане на малюнку 1, б, називається однофазним замиканням на землю, а що виникає при цьому аварійний струм - струмом однофазного замикання.

Уявімо собі тепер, що однофазное замикання внаслідок пошкодження ізоляції відбулося не безпосередньо на землю, а на корпус якого-небудь електроприймача - електродвигуна, електричного апарату, Або на металеву конструкцію, по якій прокладені електричні дроти   (Рис. 2). Таке замикання називається замиканням на корпус.   Якщо при цьому корпус електроприймача або конструкція не мають зв'язку з землею, тоді вони набувають потенціал фази мережі або близький до нього.

Мал. 2.

Дотик до корпусу рівносильно дотику до фази. Через тіло людини, його взуття, підлогу, землю, опору витоку і ємнісні опору справних фаз утворюється замкнута ланцюг (для простоти на рис. 2 ємнісні опору не показані).

Струм в цьому ланцюзі замикання залежить від її опору і може завдати людині важкої поразки або виявитися для нього смертельним.

Мал. 3. Дотик людини до провідника в мережі з ізольованою нейтраллю при наявності в мережі замикання на землю

Зі сказаного випливає, що для проходження струму через землю необхідна наявність замкненого кола (іноді уявляють собі, що струм «йде в землю» - це невірно). У мережах з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В струми витоку і ємнісні струми зазвичай невеликі.   Вони залежать від стану ізоляції і довжини мережі. Навіть у розгалуженій мережі вони знаходяться в межах декількох ампер і нижче. Тому ці струми, як правило, недостатні для розплавлення плавких вставок або відключення.

При напрузі вище 1000 В основне значення мають ємнісні струми, вони можуть досягати декількох десятків ампер (якщо не передбачено їх компенсація). Однак в цих мережах відключення пошкоджених ділянок при однофазних замиканнях зазвичай не застосовується, щоб не створювати перерв в електропостачанні.

Таким чином, в мережі з ізольованою нейтраллю при наявності однофазного замикання (про що сигналізують прилади контролю ізоляції) продовжують працювати електроприймачі.Це можливо, тому що при однофазних замиканнях лінійне (міжфазова) напруга не змінюється і все електроприймачі отримують енергію безперебійно. але при всякому однофазном замиканні в мережі з ізольованою нейтраллю напруги непошкоджених фаз по відношенню до землі зростають до лінійних, а це сприяє виникненню другого замикання на землю в іншій фазі.   Утворене подвійне замикання на землю створює серйозну небезпеку для людей. Отже, будь-яка мережу з наявністю в ній однофазного замикання повинна розглядатися як що знаходиться в аварійному стані, Так як загальні умови безпеки при такому стані мережі різко погіршуються.

Так, наявність «землі» збільшує небезпеку при дотику до частин, що знаходяться під напругою. Це видно, наприклад, з рисунку 3, де показано проходження струму ураження при випадковому дотику до струмоведучих проводів фази А і неустраненной «землі» в фазі С. Людина при цьому виявляється під впливом лінійної напруги мережі. Тому однофазні замикання на землю або на корпус повинні усуватися в найкоротші терміни.