Обзор режимов заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ

ЭНЕРГТТКСА- ЭЛВОКИОШИКЛ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНМК 1 07). 2009

Хаотические режимы особенно затрудняют работу синхронных генераторов, поскольку хаотические режимы имеют широкополосный спектр и могут индуцировать гармоники тока и напряжения, опасные для функционирования синхронных генераторов.

Проведенный анализ, в сущности, указывает на то, что хаотические режимы занимают промежуточное положение между устойчивыми и неустойчивыми режимами ЭЭС. Для любой ЭЭС при определенном сочетании ее параметров и начальных условий можно отыскать некоторое множество хаотических режимов и, следовательно, хаотические режимы есть явление не единичное, а есть явление всеобщее.

В перспективе с ростом удельного веса мощных нелинейных нагрузок анализ хаотических режимов будет приобретать важное значение, становясь совершенно необходимым при исследовании проблем надежности, устойчивости и показателей качества функционирования ЭЭС.

Библиографический список

1. Чуа, Л.О. Машинный анализ электронных схем: алгоритмы и вычислительные методы / Л.О. Чуа. - М, : Энергии, I980. - 640 с.

2. Chiang, H.D. Chaos in a simple power system / H.D. Chiang // IEEE Trans. Power Syst. - 1993. - Vol. 8, N«4. • P. 1407-1417.

3. Федоров, В.К. Введение в теорию хаотических

УДК 621.311

В последнее время проблема выбора режима работы нейтрали в сетях 6-35 кВ достаточно часто обсуждается многими специалистами. На сегодняшний день режимы работы нейтрали регламентируется п. 1.2.16 ПУЭ (1), в котором говорится что «работа электрических сетей напряжением 2-35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через лугогасящий реактор или резистор».

режимов нелинейных электрических цепей и систем /

В.К. Федоров. - Омск : ОмПИ, 1992. - 144 с. - ISBN 5-230-13777-0.

4. Федоров В.К. Детерминированный хпос в нелинейных электрических цепях и системах / В.К. Федоров, П.В. Рысев, Е.Ю. Свешникова. - Омск : ОмГТУ, 2006. - 130 с. - ISBN 5-8149 0207-8.

5. Федоров. В.К. Особенности диссипации энергии в нелинейных электрических цепях / В.К. Федоров. П.В. Рысев, Е.Ю. Свешникова // Омский научный вестник. -

2005. • № 1(30). * С. 131-135.

6. Liu, С. Detection of transiently chaotic swings in power systems using real time phasor measurements / C. Liu // IEEE Trans. Power Syst. • 1994. • Vol. 9, №3. • P 1285-1292.

ФЁДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор, кафедра ЭсПП.

РЫСЕВ Павел Валерьевич, кандидат технических наук, старший преподава тель кафедры ЭсПП. СВЕШНИКОВА Елена Юрьевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры ЭсПП. РЫСЕВ Дмитрий Валерьевич, преподаватель-стажер кафедры ЭсПП.

ПРУСС Светлана Юрьевна, инженер ка<|н?дры ЭсПП.

Дата поступления статьи в редакцию: 06.03.2000 г.

Ф Федором В.К.. Рысоп П.В., Свешникова Е.Ю.,

Рысев Д.В.. Прусс С.Ю.

В. А. БУРЧЕВСКИЙ Л. В. ВЛАДИМИРОВ В. А. ОЩЕПКОВ В. А. СУРИКОВ

ООО «РН-Юганскнефтегаз» Омский государственный технический университет

Режим работы нейтрали в сетях напряжением 6 - 35 кВ является достаточно важной характеристикой. Он определяет ток в месте повреждения и перенапряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю, уровень изоляции электрооборудования, бесперебойность электроснабжения потребителей, схему построения релейной защиты от 033, возможность возникновения опасных феррорезонансных явлений при луговых

ОБЗОР РЕЖИМОВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-35 КВ

В статье рассмотрены возможные режимы работы иейтрапи в сетях 6-3 5 кВ, приведены основные достоинства и недостатки каждого из режимов. Рассмотрен выбор высокоомного резистора дпя заземпения иейтрапи.

Кпючевые спова: режим работы иейтрапи. однофазное замыкание на земпю.

замыканиях на землю. Кроме того, если релейная защита от 033 действует не на отключение, а па сигнал. возможно попадание обслуживающего персонала под напряжение прикосновения.

Наиболее распространенным в России является режим изолированной нейтрали. При этом способе заземления нейтральная точка источника не присоединена к заземляющему контуру.

Основными достоинствами данного режима работы нейтрали являются простота выполнения, малый ток в месте повреждения и возможность работы сети в режиме 033.

Недостатки изолированной нейтрали более существенны. При дуговых перемежающихся замыканиях на землю велика вероятность возникновения опасных феррорезонансных явлений и недопустимого уровня перенапряжений на неповрежденных фазах. Это приводит к снижению сроков службы изоляции, повреждению электрооборудования, в частности трансформаторов напряжения. Были разработаны антирезонансныеТНтипа НАМИ, однако и они имеют некоторые недостатки |2|. В таких сетях нередко происходит переход однофазного замыкания на землю в многофазное. Крометого, вызывает определенные затруднения обнаружение поврежденного присоединения.

Но, несмотря на недостатки, режим изолированной нейтрали широко применяется в сетях 6 - 35 кВ при малом емкостном токе замыкания на землю.

Величину суммарного емкостного тока!(, для сетей с изолированной нейтралью можно определять по упрощенным формулам |3) для кабельных сетей

для сетей с воздушными АЭП

где и - номинальное напряжение сети, кВ; /,, - суммарная длина линий, км.

Суммарный емкостный ток сети определяется как сумма описанных выше составляющих для всех гальванически связанных линий сети.

Также для расчетов можно использовать удельные параметры линий, которые приводятся в справочниках.

Нейтраль, заземленная через дугогасящий реак-

тор, также достаточно широко используется на практике. В компенсированных сетях емкостной ток замыкания на землю компенсируется индуктивностью лугогасящего реактора. При этом ток в месте повреждения практически равен нулю (при настройке ДГР в резонанс сетью). Наибольшее распространение компенсированная нейтраль получила в разветвленных кабельных сетях.

При использовании ДГР исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов, снижается уровень перенапряжений, снижается вероятность перехода однофазных замыканий в многофазные. Также возможна работа сети в режиме 033.

Недостатками нейтрали, заземленной через ДГР. являются возможность возникновения дуговых перенапряжений при значительной расстройке компенсации. высокая стоимость и сложность устройств автоматической подстройки ДГР, сложности при обнаружении поврежденного присоединения и обеспечении правильной работы релейных защит от033.

Согласно ПТЭ |4), при эксплуатации дугогасящих реакторов допускается расстройка компенсации не более 5%. Обеспечение такой точности настройки требует применения плунжерных реакторов (РЗДПОМ, 2ТС, СЕир и др.), либо реакторов с под-магничиванием (РДП, РУОМ, РЗДУОМ). Реакторы со ступенчатым регулированием (например, типа РСДСОМ) неспособны обеспечить выполнения данного условия. Плавнорегулируемые реакторы пока что не получили широкого распространения из-за несовершенства систем автоматической регулировки компенсации и большинство установленных на сегодняшний день дугогасящих реакторов составляют сгупенчатые ДГР (5|.

Заземление нейтрали через резистор. Указанные выше недостатки сетей с изолированной и заземленной через дугогасящий реактор нейтралью заставляют обратить внимание на применение резистивного заземления нейтрали (6, 7|. Данный режим работы нейтрали получил наиболее широкое применение в мировой практике |7). К сожалению, в ПУЭ не оговариваются возможные области применения резистивного заземления и не предлагается каких-либо критериев выбора резисторов.

При заземлении нейтрали через активное сопротивление достигаются следующие преимущества по сравнению с изолированной или компенсированной нейтралью. Практически исключается возможность возникновения перемежающейся душ при однофазном замыкании на землю и, как следствие, ограничиваются

Таблица I

Емкостные токи линий

Номинальное напряжение, кВ Длина линии, км Емкостной ток линии. А Емкость линии относительно земли. мФ

ПС Шубинская

Новоселовская-1 35 13,85 1,39 0,22

Новоселовская-2 35 13,85 1,39 0,22

Зульцер-1 35 0,5 0,05 0,01

Зульцер-2 35 0.5 0,05 0,01

Селиярово-1 35 13,1 1.31 0,21

Селиярово-2 35 13,1 1.31 0,21

Обская-1 35 3.34 0,33 0,05

Обская-2 35 3.34 0,33 0,05

ЭН1ЮТИКА ЭЛШЯОПХНИКА ОМСКИЙ ИАУЧХЫЙ КС ГНИ К М> 1 (77). 2009

2x6 3 2x6 3 2x63

Рис. (.Схема подстанции Шубинская

возникающие при этом перенапряжении на поврежденной и неповрежденных фазах (до 1,8- 2.2Ц,,), уменьшается кратность бросков ем костного тока, появляется возможность создания селективной защиты ог 033 (8). Так же применение резистивного заземления нейтрали позволяет эффективно бороп»ся с возникающими феррорезоиансными явлениями в сети |9|.

К недостаткам резистивного заземления нейтрали можно отнести увеличение тока в месте повреждения при однофазном замыкании на землю (минимум на 40%), а также необходимость применения резисторов с высокой мощностью рассеивания (до

нескольких сотен кВт).

Существует два варианта выполнения резистивного заземления нейтрали: высокоомный и низкоомный. При этом ток в месте повреждения при однофазном замыкании на землю будет равен сумме емкостной и активной составляющей:

/£=#+7».

Высокоомный резистор выбирается исходя из условия ограничения перенапряжений при дуговых замыканиях на землю (71. При этом активная состав-

А- А чч. чч А

М N СГ \ \ \ \ N \ N \ \ гут « \ 00, у,., в / / / / / / / ✓ 7 (/«•> N 'т.. ' \ \ ч >! 0м \ ** "х и" 1? / / / / / / / / /

Л) б)

Рис. 2. Векторные днлгрлммы токоп и напряжений

л) при рлботе сети С И тлнроплнной нейтрллыо. б) при рлботе сети с нейтрллыо. злземленной через высокоомный резистор.

ляющая тока замыкания ка землю должна бить больше либо равна суммарному емкостному току сети Аналогичное условие для выбора номинала резистора предлагается в (6). Соответственно, область применения высокоомных резисторов ограничивается сетями с малым уровнем емкостных токоп. При этом сохраняется возможность длительной работы сети в режиме 033.

При низкоомном заземлении нейтрали резистор выбирается исходя из условия обеспечения селективности защит от 033. При этом создается активный ток в пределах до 2000 А. Релейная защита от 033 при этом действует на отключение поврежденного присоединения.

Низкоомные резисторы в основном применяются на станциях в сетях генераторного напряжения с малым емкостным током (около 5А). Кроме того, в настоящее время достаточно широкое распространение получили кабели с СПЭ-изоляцией. При пробое изоляции кабеля с СПЭ-изоляцией условия гашения дуги существенно отличаются от условий гашения дуги в месте повреждения при использовании кабелей с бумажной пропитанной изоляцией. Время отключения поврежденного присоединения должно быть минимальным. При этом целесообразно применение низкоомных резисторов (10).

Переход от режима изолированной нейтрали к заземлению через резистор является наиболее перспективным техническим решением.

Совместное использование ДГР и резистора. Этот способ заземления нейтрали также достаточно эффективен. В нормальном режиме к нейтральной точке сети подключен дугогасительный реактор с системой автоматической настройки компенсации емкостного тока. При замыкании на землю реактор компенсирует периодическую составляющую емкостного тока и снижает величину перенапряжений. Для определения и отключения места повреждения параллельно реактору кратковременно подключается резистор. Возможен вариант постоянного включения резистора.

Таким образом, при дуговых замыканиях на землю будут проявляться все положительные стороны нейтрали, заземленной через ДГР. При металлическом замыкании на землю параллельно ДГР подключается резистор на время, достаточное для срабатывания защиты от замыкания на землю.

Ниже рассмотрен пример выбора высокоомного резистора для заземления нейтрали дли подстанции Шубинская ООО «ЮНГ-Энергонефгь» осуществляющей питание нефтедобывающих промыслов. Характерными особенностями данных сетей являются малая протяженность воздушных линий напряжением 35 кВ, низкий уровень емкостных токов и работа сети с изолированной нейтралью. Для выполнения селективной защиты от замыкан ий на землю и ограничения перенапряжений было предложено использовать высокоомные резисторы. При этом отсутствуют ограничения на работу сети с замыканием на землю.

Схема подстанции представлена на рис. 1. Суммарный емкостной ток сети определен по формуле

1. Для наглядности, результаты расчетов представлены в виде таблицы (табл. 1).

Суммарный емкостной ток в рассматриваемой сети не превышает 1(1 = 3,08 А. Исходя из этого, на подстанции Шубинская возможна установка сопротивлением 4000 Ом. предназначенного для эксплуатации в сетях напряжением 35 кВ. Активная составляющая тока в месте повреждения, создаваемая резистором при 033, равна 5 А.

Для определения уставок релейной защиты от однофазных замыканий на землю необходимо определить максимальный емкостной ток для защищаемого фидера.

Определим максимальный емкостной ток для фидера Новоселовская-1. В аварийном режиме, т.е. при однофазном замыкании на землю, напряжение в поврежденной фазе снижается до нуля. Напряжение в неповрежденных фазах увеличивается в Л раз. Также необходимо учитывать влияние неповрежденных присоединений. В данном случае влияние оказывают линии Зульцер-1. Селиярово-1 и Обская-1. Построим векторную диаграмму (рис. 2 а) для токов и напряжений при однофазном металлическом замыкании на землю фазы А:

= №„0"' = 314-(0,01 + 0,21 + 0,05)-

• 10^ 05 • 10^ е'*” • е'90 = 2.97е'*/1

= ;аСси{" = 314 • (О, ОI + 0,21 + 0,05) •

• 10"4-35-10* -е,гю V40 = 2,97е/тА

эиотттмкл элютоихиика омский научный мсткик м» 1 on. wn

Максимальный емкостной ток. протекающий через фидер:

=-(^" + ^") = 5,144г',а/(

При однофазном замыкании на землю к резистору будет приложено напряжение смещения нейтрали , рапное фазному напряжению сети . Ниже

представлены результаты расчета максимальных токов при однофазном замыкании на землю для фидера Новоселовская-1. Построены соответствующие векторные диаграммы токов и напряжений (рис.2б).

Максимальный ток. протекающий через фидер:

/_ = }Стл + /, = 5,144е/,|в + 5е'™ = 7,\74е'тг А Выводы

1. Режим изолированной нейтрали обладает существенными недостатками, и необходимо осуществлять переход к другому режиму заземления нейтрали.

2. Переход от изолированной нейтрали к использованию высокоомных резисторов не требует каких-либо существенных изменений и обладает достаточными преимуществами.

3. Эффективное использование компенсации емкостных токов возможно лишь при использовании плавнорегулируемых реакторов, что требует создания надежных систем автоматической настройки.

4. Основными проблемами при выборе того или иного режима работы нейтрали является ограничение перенапряжений и создание надежной селективной защиты от однофазных замыканий на землю. Исходя из условия создания селективно действующей защиты, наиболее перспективными являются режимы работы с резистивным заземлением нейтрали либо комбинированное заземление нейтрали.

Библиографический список

1. Правила устройства электроустановок. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.

2. Зихсрмаи, М. Антирезонансные трансформаторы напряжении. Перспективы развитии // Новости электротехники. - 2007. - № 2(44). - Режим доступа: http://www.news.elteh.ru/arh/2007/44/14.р1>р

3. Шабад. М.А Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. - приложение к журналу «Энер-

гетик», М. : НТФ иЭнергопрогресс», 2007. - 63 с.

4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей/ Госэнергонадзор Минэнерго России. - М. : ЗАО «Энергосервис», 2003. - 392 с.

5. Миронов. И.А. Режимы заземлении нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ // Электрические станции. - 2008. - Ne 4. - С. 60 - 69.

6. Глушко. В.. Ямный, О., Ковалев. Э., Бохан. Н. Белорусские сети 6-35 кВ переходит на режим заземления нейтрали через резистор. // Новости электротехники. -

2006. - Ne 3(39) - С. 37-40.

7. Тнтенков, С.С. 4 режима заземлении нейтрали в сетях 6-35 кВ. Изолированную нейтраль объявим вне закона. // Новости электротехники. - 2003. - Ne 5(23) -

С. 42-44.

8. Вайнштейн. Р., Шестакова, В., Юдин С. Защита от замыканий на землю в сети с высокоомным заземлением нейтрали. // Новости электротехники. - 2008. -Ne 6(54). - Режим доступа: http://www news.elteh.ru/ arh/2008/54/07.php

9. Сирота, И.М. Режимы нейтрали электрических сетей / Сирота И.М., Кисленко С.Н.. Михайлов А.М. -Киев : Наук, думка, 1985 - 264 с.

10. Ширковец, Д.. Сарин. Д.. Ильиных. М.. Шалин. А Резистивное заземление нейтрали в сетях 6-35 кВ с СПЭ-кабелями. Подходы к выбору резисторов и принципам построения защиты от 033. // Новости электротехники. - 2008. — № 2(50). - Режим доступа: http:// www.news.elteh.ru/arh/2008/50/14.php.

БУРЧЕВСКИИ Виталий Анатольевич, начальник управления энергетики, главный энергетик «РН-Юганскнефтегаз», г. Нефтеюганск.

ВЛАДИМИРОВ Леонид Вячеславович, ассистент кафедры ЭсПП, Омский государственный технический университет.

ОЩЕПКОВ Владимир Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры ЭсПП, Омский государственный технический университет. СУРИКОВ Валерий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры физики, Омский государственный технический университет.

Датл поступления статьи в редакцию: 00.03.2009 г.

© Бурчевскин В.Л.. Владимиров Л.В., Ощспко-в В.А., Суриков В.И.