25. Недостатки электрических сетей с изолированной нейтралью.

Недостатками сетей с изолированной нейтралью с точки зрения надежности электроснабжения являются:

-напряжение неповрежденных фаз по отношению к земле при металлических однофазных замыканиях на землю (ЗНЗ) повышается в раз.

Это, во-первых, вызывает удорожание сети, особенно существенное при напряжениях 35 кВ и выше. А во-вторых, повышение фазных напряжений до линейных повышает вероятность второго пробоя изоляции уже в неповрежденных фазах сети;

• замыкания на землю, как правило, дуговые. При этом однофазное замыкание со временем может перейти (развиться) в междуфазное;

- в электрической сети могут возникать опасные «дуговые» перенапряжения с амплитудой, превышающей в (4…6) раз номинальное напряжение сети;

• вблизи места повреждения появляется напряжение шага, опасное для жизни и человека, и животных;

- небольшая величина токов в месте повреждения усложняет выполнение селективной сигнализации; практически исключает определение расстояния до места повреждения под напряжением (без отключения линии) и существенно затрудняет поиск места повреждения на трассе

- смещение нейтрали приводит к недопустимому ухудшению качества электрической энергии по напряжению нулевой последовательности.

Главными недостатками сетей с изолированной нейтралью считают перенапряжения, возникающие в процессе дуговых замыканий, которые могут привести к возникновению междуфазных замыканий и двойных замыканий на землю, которые в свою очередь, вызывают серьезные повреждения кабелей и электрических машин /Шабад/, и отсутствие удовлетворительных устройств селективной релейной защиты и устройств определения расстояний до места повреждения.

Для снижения дуговых перенапряжений необходимо снизить ток в месте повреждения, в результате чего снизится вероятность перемежающейся дуги. В идеале для полного исключения перенапряжений в сети необходимо полностью исключить явление перемежающейся дуги. Идея снижения токов замыкания на землю реализована в сетях с резонансно-компенсированной нейтралью.

Для выполнения селективных с достаточной чувствительностью устройств релейной защиты и эффективных средств определения места повреждения необходимо, наоборот, увеличить ток в месте повреждения. Эта идея реализована в сетях с нейтралью, заземленной через активное сопротивление.

В инженерной практике для вычисления емкостных токов в месте повреждения применяются формулы [Ристхейн, с.194]

где l_к(l_в)-суммарная длинна кабельных (воздушных) линий сети.

25. Сети с нейтралью заземленной через дугогасящий реактор

Сети с дугогасящим реактором (или дугогасящей катушкой) решают одну проблему, а именно, снижение тока в месте замыкания. до такой величины, чтобы не возникали дуговые перенапряжения.

Режим заземления нейтрали через дугогасящий реактор используется в России с начала 60 – х годов [Шабад М.А. Энергетик, 1999, №3, с.11-13]. В соответствии с ПУЭ и ПТЭЭП с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор в России работают сети 6-35 кВ.

Идея сетей с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, – в снижении тока в месте повреждения путем компенсации емкостного тока замыкания индуктивным током от специальной катушки индуктивности. (По имени разработчика ее в первые годы называли катушкой Петерсена). Для снижения токов в месте замыкания в нейтраль одного из трансформаторов сети включается реактор, который называют дугогасящим реактором (ДГР) или дугогасящей катушкой (ДГК).

В случае повреждения изоляции одной из фаз электрической сети и возникновения ЗНЗ, образуется короткозамкнутый контур, содержащий ДГК, фазную обмотку трансформатора, поврежденную фазу и место повреждения.

По этому контуру протекает ток, который носит индуктивный характер. В результате в месте повреждения будет протекать сумма двух токов: индуктивного I_L и емкостного I_c, обусловленного суммарной емкостью всей сети. При этом ток в месте повреждения будет равен векторной сумме токов I_L и I_c , или (т.к. токи I_L и I_c сдвинуты по фазе на 180) разности их абсолютных значений.

Диаграмма построена упрощенно, так как на самом деле токи I_C и I_L расположены не под углом 90° по отношению к напряжению U_Н.З.

Если из формулы перейти к модулю, то получим .

При этом будет равенство емкостного и индуктивного токов I_L=I_c и результирующий ток в месте повреждения будет равен нулю. Такие сети называют сетями с резонансно - компенсированной нейтралью

Так как реактор управляемый, изменив индуктивный ток до значения емкостного тока ( ), получим, что ток замыкания равен нулю. Эта настройка называется резонансной настройкой реактора. При этом сеть будет называться резонансно - скомпенсированной.

Если правильно выбрать и настроить реактор, то пробои изоляции будут заплывающие. Замыкание устраняется, нет перенапряжения и нет дуги. Это главное достоинство таких сетей.

Правильно используемая компенсация емкостных токов в сетях имеет следующие преиму­щества:

- уменьшается ток через место повреждения до минимальных зна­чений

- при степени расстройки компенсации до 5 % ограничиваются перенапряжения, возникающие при дуговых замы­каниях на землю, до значений (2,5—2,6) U_ф, безопасных для изоляции эксплуатируемого оборудования и линий;

- за счет большой индуктивности ДГР значительно снижается скорость восстанавливающегося напряже­ния поврежденной фазы в месте повреждения после пога­сания перемежающейся дуги; вследствие этого диэлек­трические свойства места повреждения успевают восстановиться, что снижает вероятность повторных зажиганий дуги.

Перечисленные преимущества компенсации проявляются только при резонансной настройке. На практике резонансной настройки не получается. Поэтому на практике часто применяют ручное переключение ДГР.

Несмотря на недостатки, сети с резонансно-компенсированной нейтралью наряду с сетями с изолированной нейтралью являются основными сетями для напряжений 6 – 35 кВ.. В последние годы применение сетей с резонансно-компенсированной нейтралью с автоматическим управлением режимом компенсации рассматривается многими практиками и учеными в качестве наиболее эффективного средства повышения надежности работы сетей напряжением 6 – 35 кВ.

Проблемы, связанные с использованием таких сетей:

1. Нет удобной автоматической настройки резонанса. При этом нет способов измерения емкостных токов. В месте замыкания появляется ток неопределенного характера (либо I_C либо I_L), это усложняет выполнение релейной защиты от ЗЗ.

2. Возможность появления напряжения смещения нейтрали в нормальном режиме без ЗНЗ, U_N3.

3. Усложняется проблема определения поврежденной линии и поиска места повреждения

Недостатки:

Все недостатки для сетей с изолированной нейтралью сохраняются для сетей с нейтралью через дугогасящий реактор, кроме недостатка, связанного с величиной замыкания тока.