7.5. Сеть с резистивным заземлением нейтрали

Сейчас широко применяется система изолированной нейтрали сетей 6-35 кВ (без компенсации и с компенсацией емкостных токов), которая по своей физической сущности обладает рядом принципиальных недос­татков, связанных с режимом однофазного замыкания на землю. Основ­ные из них - это различного рода перенапряжения и повышенная опас­ность поражения людей и животных электрическим-током.

Принципиальная возможность модернизации системы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ - это переход на резистивную систему. Рези- стивная система заземления нейтрали сетей 6-35 кВ обеспечивает снижение уровня дуговых перенапряжений, селективное обнаружение поврежденного присоединения, его быстрое отключение и улучшение условий электробезопасности.

При однофазных замыканиях на землю 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 принципиальное от­личие позволяет решить две важные задачи: селективно определить поврежденное присоединение (за счет применения простых релейных защит, действующих на отключение или сигнал) и незамедлительно принять меры по устранению повреждения; существенно ограничить уровень дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях на землю 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 однофазное замыкание на землю должно быть селективно отключено в течение минимально возможного времени. При этом ток в нейтрали должен быть достаточным для работы релейной защиты на отключе­ние (от 10 до 100 А). Высокоомное резистивное заземление нейтрали целесообразно применять в случаях, когда сеть должна иметь возмож­ность длительной работы в режиме однофазного замыкания на землю до обнаружения места замыкания. 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 (не более 10 А). Комбинированное заземление нейтрали осуществляется присоединением 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 нейтрали производится по трем основным критериям:

1. резистор должен обеспечивать снижение уровня дуговых пере­напряжений;

2. сопротивление резистора в нейтрали должно гарантировать про­текание

активного тока в поврежденном присоединении, достаточного для действия

релейных защит на сигнал или на отключение повреж­денного присоединения;

3. при заземлении нейтрали через резистор должны соблюдаться условия электробезопасности для людей при однофазном замыкании на землю на подстанциях и распределительных пунктах с учетом су­ществующего нормирования величины допустимого напряжения при­косновения.

Основной параметр резистора - его активное сопротивление R_p,величина которого выбирается по критерию снижения уровня перена­пряжений и затем может корректироваться по условиям работы релей­ной защиты и условию электробезопасности.

Первый критерий выбора резистора - снижение уровня перенапря­жений. Аналитически и экспериментально установлено, что наиболь­шая эффективность защиты сетей от дуговых перенапряжений дости­гается при условии, что активная составляющая тока замыкания I_зА, создаваемая резистором, больше суммарного емкостного тока сети I_с. При определенных трудностях выполнения условия I_зА > I_с допуска­ется при выборе сопротивления резистора использовать менее жесткое условие I_зА >0,5I_с .

Второй критерий выбора резистора - гарантия работы устройств релейной защиты и автоматики. Защита от однофазных замыканий на землю в сети организуется на всех присоединениях. Устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности с действи­ем на отключение присоединений без выдержки времени при низко- омном резистивном заземлении нейтрали и с действием на сигнал при высокоомном резистивном заземлении нейтрали и при комбинирован­ном заземлении нейтрали.

Селективность защит нулевой последовательности присоединений определяется тем, что активная составляющая тока однофазного замы­кания на землю протекает только через поврежденное присоединение. Тип резистора по критерию работы устройств релейной защиты и ав­томатики выбирается в соответствии с условием

,

где I₃ - ток замыкания на землю за вычетом емкостного тока рассмат­риваемого присоединения, А; I_С3 - максимальный ток уставки защиты из всех присоединений, А. Ток уставки защиты определяется по выражению

I_C3=K_нK_бI_CП

где I_Сп - первичный емкостный ток нулевой последовательности, протекающий по рассматриваемому присоединению при однофазном замыкании на землю на данном присоединении, А; К_н - коэффициент надежности; К_б- коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока при дуговых перенапряжениях.

Третий же критерий выбора резистора связан с обеспечением элек­тробезопасности.

Заземление нейтрали через резистор имеет несомненные достоин­ства, подтвержденные мировой практикой и опытом, накопленным в России. По сравнению с изолированной нейтралью при резестивном заземлении нейтрали в сетях 6-35 кВ: увеличивается ток однофазного I замыкания на. землю; снижается минимум в 1.5...2 раза уровень дуго­вых перенапряжений при однофазных замыканиях; уменьшается с не­скольких часов до нескольких секунд продолжительность воздействия ; на изоляцию дуговых перенапряжений (при перемежающихся одно­фазных замыканиях) и линейного напряжения (при устойчивых замыканиях): повышается срок службы изоляции. При заземлении нейтрали сетей 6-35 кВ через низкоомный резистор (в случаях однофазного замыкания на землю) поврежденное присоединение отключается, что ограничивает продолжительность воздействия перенапряжений на изоляцию. В связи с этим снижается вероятность пробоя изоляции на неповрежденных присоединениях и соответственно общее число од­нофазных замыканий на землю, а также переход однофазных замыка­ний в многофазные. Расход внутреннего ресурса изоляции при воз­действии импульсов перенапряжений в сети 6-35 кВ при резистивном заземлении нейтрали более чем в два раза ниже, чем в сети с изолиро­ванной нейтралью, при этом исключена возможность феррорезонансных явлений, что повышает надежность работы измерительных транс­форматоров напряжения и снижает не только простой сети из-за их повреждений, но и вероятность. несрабатывания релейных защит при повреждениях элементов сети. Резистивное заземление нейтрали при­водит к более простому выполнению чувствительной и селективной релейной защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на токовом принципе.

К недостаткам резистивного заземления нейтрали следует отнести: увеличение тока замыкания на землю (максимум на 40 %), появление на подстанции греющегося оборудования (резистора мощностью 30…400 кВт). Существенным недостатком также являются: дополнительные затраты на заземление нейтрали сетей 6-35 кВ через резистору которые включают проектирование перехода сети на режим заземлен­ной через резистор нейтрали; приобретение резистора, специального трансформатора для его включения, трансформаторов тока для нейтрали и всех отходящих линий, реле защиты, блоков питания схем за­щиты и автоматики; монтаж ячейки с трансформатором для подклю­чения резистора; монтаж третьего трансформатора тока (если отсутствует трансформатор тока нулевой последовательности) на каж­дой из отходящих линий напряжением 6-10 кВ; монтаж и наладка уст­ройств релейной защиты и автоматики.

До настоящего времени этот режим заземления нейтрали, несмотря на его важные преимущества, в России применяется лишь в редких случаях. Системы с резистивным заземлением нейтрали нашли приме­нение только в некоторых сетях собственных нужд блочных электро­станций и сетях газоперекачивающих компрессорных станций. В то же время, если оценивать мировую практику, то резистивное заземление нейтрали - это наиболее широко применяемый способ.

В системах напряжением 6-10 кВ низкоомное заземление нейтрали с возможностью отключения поврежденных участков сети целесооб­разно применять в тех сетях, где обеспечена необходимая степень ре­зервирования и автоматизации распределительных электрических се­тей, систем электроснабжения и технологических процессов. В чисто кабельных сетях с высокой степенью резервирования экономически и технически выгодно перейти от компенсированной системы заземле­ния нейтрали к нейтрали, заземленной через низкоомный резистор, с отключением поврежденного присоединения без выдержки времени. На подстанциях, питающих преимущественно воздушную сеть и не имеющих высокой степени резервирования, необходимо устанавливать высокоомные резисторы, уменьшающие уровни перенапряжений и время их воздействия. Резисторы можно устанавливать параллельно ДГР. Особо благоприятна установка высокоомного резистора при вы­соком уровне напряжения смещения нейтрали, когда оно выше допус­тимого значения 15 % U_ф .