27. Сеть с резистивным заземлением нейтрали

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. Низкоом-ное 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:

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 на отключение повреж­денного присоединения;

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 1_зА, создаваемая резистором, больше суммарного емкостного тока сети /_с . При определенных трудностях выполнения условия I_zA > I_c допуска­ется при выборе сопротивления резистора использовать менее жесткое условие 1_зА >0,5/_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 /₃>/_Сз , где 1₃ - ток замыкания на землю за вычетом емкостного тока рассмат­риваемого присоединения, А; 1_Сз - максимальный ток уставки защиты из всех присоединений, А. Ток уставки защиты /_с. определяется по выражению 1_Сз=К_нК₆1_Сп, где 1_Сп - первичный емкостный ток нулевой последовательности, протекающий по рассматриваемому присоединению при однофазном замыкании на землю на данном присоединении, А; К_н - коэффициент надежности; К₆- 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 резистивном заземлении нейтрали в сетях 6-35 кВ: увеличивается ток однофазного 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 феррорезонанс-ных 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 резистор, 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 % Uф.