Режимы заземления нейтрали электрических сетей 6 - 35 кВ

сети среднего напряжения 6-35 кВ распределяется до 50% вырабатываемой в России электроэнергии. Поэтому надежность электроснабжения потребителей в значительной мере определяется эксплуатационной надежностью указанных распределительных сетей.
Основным видом электрических повреждений в сетях среднего напряжения являются ОЗЗ.
Режимы заземления нейтрали сетей среднего напряжения мере определяют характер происходящих при ОЗЗ переходных и установившихся электромагнитных процессов, уровни внутренних перенапряжений, условия электробезопасности эксплуатационного персонала, принципы, сложность выполнения и способы действия устройств защиты от замыканий на землю.
В целях повышения надежности электроснабжения потребителей в сетях среднего напряжения, как правило, применяются режимы нейтрали, обеспечивающие малые токи ОЗЗ.

– Режимы заземления нейтрали электрических сетей 6-35 кВ

В соответствии с п. 1.2.16 ПУЭ «Работа электрических сетей напряжением 2–35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор».

нейтраль
Резонансное заземление нейтрали через ДГР (компенсация емкостного тока ОЗЗ основной частоты)
Заземление нейтрали через постоянно подключенный высокоомный резистор (высокоомное резистивное заземление нейтрали)
Заземление нейтрали через постоянно подключенный низкоомный резистор (низкоомное резистивное заземление нейтрали)
Заземление нейтрали через кратковременно подключаемый низкоомный резистор (кратковременное низкоомное резистивное заземление нейтрали)
Частичное резистивное заземление нейтрали
Комбинированное заземление нейтрали через резонансно настроенный ДГР и параллельно подключенный высокоомный резистор
Комбинированное заземление нейтрали через резонансно настроенный ДГР и кратковременно подключаемый параллельно низкоомный резистор

напряжения

Правила устройства электроустановок (п. 1.2.16).
Стандарты организаций и предприятий (СТО и СТП)
Эксплуатационные циркуляры Минэнерго и Росатомэнерго

Классификация режимов заземления нейтрали электрических сетей среднего напряжения

Режимы, обеспечивающие возможность работы сети с ОЗЗ в течение длительного времени и, соответственно, действия защиты от ОЗЗ на сигнал.
Режимы, не допускающие работу сети с ОЗЗ в течение длительного времени и требующие действия защиты от ОЗЗ на отключение.

отключение представляется необходимым или целесообразным при любом режиме заземления нейтрали в следующих случаях:
• на всех элементах, внезапное отключение которых не приводит к нарушению электроснабжения и технологического процесса у потребителей (например, при наличии резерва);
• в электроустановках, где отключение ОЗЗ необходимо по требованиям электробезопасности;
• на генераторах, мощных электродвигателях и в других случаях, когда ожидаемый ущерб от внезапного отключения поврежденного элемента меньше, чем ущерб от последствий длительного протекания тока ОЗЗ или перехода замыкания в КЗ (например, пожары в кабельных тоннелях вследствие дуговых перемежающихся ОЗЗ, повреждения генераторов и электродвигателей, приводящие к длительному ремонту и простою технологического оборудования и др.).

применяться при значениях тока в нормальных режимах:
– в сетях напряжением 3–20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ – не более 10 А;
– в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи:
– не более 30 А при напряжении 3–6 кВ;
– не более 20 А при напряжении 10 кВ;
– не более 15 А при напряжении 15–20 кВ;
– в схемах генераторного напряжения 6–20 кВ блоков генератор-трансформатор – не более 5А.

(1)

 

Рис. 2 – Схема замещения сети с изолированной нейтралью

течение ограниченного времени до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента;
не требуются дополнительная аппаратура и затраты на заземление нейтрали;
простое (в большинстве случаев) решение проблемы защиты и се-лективной сигнализации устойчивых ОЗЗ

Недостатки:
высокая вероятность возникновения дуговых перемежающихся ОЗЗ, сопровождающихся опасными для сети перенапряжениями и увеличением действующего значения тока в поврежденном элементе;
сложность обеспечения высокой устойчивости функционирования токовых защит от ОЗЗ при дуговых перемежающихся ОЗЗ;
ограничения по величине суммарного емкостного тока Ic на развитие сети;
высокая степень опасности для человека и животных, находящихся вблизи места ОЗЗ.

ток в месте повреждения при ОЗЗ в сети c Ic = 5 A через перемежающуюся дугу по теории W. Petersen (Δt = 10 мс)

ток в месте повреждения при ОЗЗ в сети с Ic = 5 A через перемежающуюся дугу при t = 50 мс

заземлением нейтрали через ДГР

Условие резонансной настройки компенсации

Ток в месте ОЗЗ

(2)

(3)

поврежденной фазе при резонансной настройке ДГР

с ОЗЗ в течение ограниченного времени до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента;
значительное уменьшение тока в месте повреждения;
значительное снижение скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги;
уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению до значений 2,2-2,5Uф.m;
высокая вероятность самогашения дуги и самоутранения большей части ОЗЗ.

Недостатки:
дополнительные затраты на заземление нейтрали через ДГР и устройства для автоматического управления настройкой компенсации;
трудности с решением проблемы селективной защиты от ОЗЗ;
невозможность скомпенсировать (без специальных устройств) в месте повреждения активную составляющую и высшие гармоники;
кумулятивное накопления мест ослабленной изоляции после кратковременных самоустраняющихся пробоев.

замещения сети с комбинированным заземлением нейтрали через ДГР и высокоомный резистор

Значение сопротивления заземляющего резистора RN, позволяющего устранить биения, выбирается из соотношения

(4)

где dI – ток расстройки ДГР.

Значительно более широкое применение в европейских и ряде других стран получило комбинированное заземление нейтрали с кратковременно подключаемым параллельно ДГ низкоомным резистором

(5)

резистивным заземлением нейтрали

При высокоомном заземлении нейтрали сопротивление RN заземляющего резистора выбирается из условия

(6)

При выборе сопротивления заземляющего резистора из условия (6) эффект накопления зарядов на фазах сети при дуговом перемежающемся ОЗЗ сводится к минимуму, и перенапряжения на неповрежденных фазах при повторных зажиганиях дуги не превышают значений (2,4- 2,5)Uф.m.

Ток ОЗЗ при RN = XC

(7)

Перенапряжения при дуговом ОЗЗ в сети с высокоомным резистивным заземлением нейтрали

ОЗЗ до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента (при ограниченных значения тока IC);
уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению до значений (2,4-2,5)Uф.m;
упрощение решение проблемы защиты и сигнализации ОЗЗ на основе токовых защит.

Недостатки:
дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор;
увеличение тока ОЗЗ;
ограничения на развитие сети по величине Ic;
большая мощность заземляющего резистора (десятки киловатт) .

создаваемого резистором RN в месте ОЗЗ, выбирается из двух условий:
* обеспечения устойчивости функционирования (чувствительности) простых токовых защит нулевой последовательности от ОЗЗ во всех режимах работы сети;
* полного исключения возможности возникновения наиболее опасных дуговых перемежающихся ОЗЗ.

Первое условие выполняется при сопротивление резистора

(8)

Для исключения возможности возникновения дуговых перемежающихся ОЗЗ минимальное значение тока замыкания в европейских странах принимается не меньшим 100 А.

Ток ОЗЗ в сетях с низкоомным резистивным заземлением нейтрали, как правило, с достаточной точностью определяется по выпражению

(9)

дкговых перемежающихся ОЗЗ и дальнейшего развития повреждения, например, перехода ОЗЗ в двойное замыкание на землю или междуфазное КЗ;
простое решение проблемы защиты от ОЗЗ;

дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор;
невозможность работы сети с ОЗЗ;
увеличение числа отключений оборудования и линий из-за переходов кратковременных самоустраняющихся (при других режимах заземления нейтрали) пробоев изоляции в полные (завершенные) пробои и снижения этого надежности электроснабжения потребителей.

Основная область применения в России – кабельные сети 20 и 35 кВ с кабелями и СПЭ.

нейтрали, при котором сопротивление заземляющего резистора RN выбирается из условия обеспечения требуемой чувствительности токовых защит от ОЗЗ (или требуемой величины защищаемой зоны, например, доли витков обмотки статора электродвигателей.