СПОСОБЫ  ОПРЕДЕЛЕНИЯ  МЕСТА  ПОВРЕЖДЕНИЯ  В  СЕТЯХ  С  СКОМПЕНСИРОВАННОЙ  НЕЙТРАЛЬЮ

Коваленко  Дмитрий  Валерьевич

E -mail:  Dmitrii_Kovalenko92@mail.ru

Ширяев  Александр  Сергеевич

E -mail:  Alex2793@bk.ru

Шульга  Кирилл  Сергеевич

E -mail: 

" target="_blank">Koldun_anubis@mail.ru

студенты  5  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

Бубенчиков  Антон  Анатольевич

научный  руководитель,  канд.  техн  наук,  ст.  преподаватель  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  privetomsk@mail.ru

В  настоящее  время  в  России  существуют  следующие  режимы  работы  нейтрали  электрических  распределительных  сетей  с  напряжением  3—35  кВ  [5;  6]:

·       изолированная  (незаземленная);

·       заземленная  через  дугогасящий  реактор  (ДГР);

·       заземленная  через  резистор  (низкоомный  или  высокоомный).

Рассмотрим  эти  режимы  подробней.

Изолированная  (незаземленная)  нейтраль.   При  использовании  этого  режима  [2]  нейтраль  источника  не  присоединена  к  заземляющему  устройству.  В  большинстве  случаев,  обмотки  питающих  трансформаторов  в  этих  сетях  соединены  по  схеме  «треугольник»,  следовательно,  нейтральной  точки  в  таких  сетях  не  существует  чисто  физически. 

Достоинства  режима  изолированной  нейтрали:  небольшой  ток  однофазных  замыканий  на  землю  (ОЗЗ)  и  отсутствие  необходимости  в  быстром  отключении  первого  однофазного  замыкания.  Но  на  практике,  в  большинстве  случаев,  однофазное  замыкание  быстро  переходит  в  двухфазное  или  трехфазное  [1],  что  приводит  к  отключению  линии.

Недостатки  этого  режима  работы  определены  возможностью  появления  феррорезонансных  явлений  вследствие  кратковременных  ОЗЗ;  дуговых  перенапряжений  (связанных  с  появлением  дуги,  имеющей  перемежающийся  характер  при  ОЗЗ  и  приводящий  к  переходу  однофазного  замыкания  в  многофазное);  возможностью  воздействия  на  изоляцию  дуговых  перенапряжений  (следствием  этого  является  накопление  дефектов  в  изоляции  и  снижение  срока  её  службы)  в  течение  длительного  периода  времени;  появлении  необходимости  выполнения  изоляции  электрооборудования  не  на  фазное,  а  на  линейное  напряжение  сети  (как  следствие,  приводит  к  её  усложнению  и  удорожанию);  трудоемкости  обнаружения  поврежденного  присоединения  и  расстояния  до  него  (необходимо  использовать  нетрадиционные  методы);  при  длительном  существовании  режима  ОЗЗ  в  сети  существует  опасность  поражения  электрическим  током  персонала  и  других  лиц  (что  противоречит  правилам  техники  безопасности  при  работе  в  электроустановках).

Нейтраль,  заземленная  через  дугогасящий  реактор  (ДГР).   Для  получения  нейтральной  точки  в  таком  режиме  используют  специальные  трансформаторы,  в  нейтраль  которых.  Также,  наравне  со  специальными  трансформаторами  могут  использоваться  малозагруженные  трансформаторы  трансформаторы  собственных  нужд  (обмотки  0,4  кВ,  соединяют  по  схеме  «треугольник»),  к  которым  и  подключают  дугогасящий  реактор  (ДГР)  В  этом  случае  необходима  проверка  ТСН  по  допустимой  нагрузке.  Способ  включения  ДГР  показан  на  рис.  1.

Рисунок  1.  Способ  включения  ДГР  в  нейтраль

Если  отсутствуют  трансформаторы  со  схемой  соединения  обмоток  «звезда-треугольник»,  то  для  подключения  реакторов  можно  использовать  малозагруженные  (ненагруженные)  трехфазные  трансформаторы  со  схемой  соединения  обмоток  «звезда-звезда»  (но  без  «нулевой»  точки). 

Достоинства  этого  режима  определены  уменьшением  кратности  перенапряжений  при  дуговых  ОЗЗ  до  значений  2,2—2,4  фазного  напряжения  сети;  уменьшением  тока  в  месте  замыкания  до  минимального  значения  (до  уровня  активной  составляющей  и  тока  высших  гармоник);  обеспечением  надежного  гашение  дуг;  препятствием  быстрого  восстановления  напряжения  на  поврежденной  («заземленной»)  фазе;  ликвидацией  развития  феррорезонансных  явление  (процессов);  отсутствием  необходимости  в  быстром  отключении  первого  однофазного  замыкания;  возможностью  применения  простых,  «легких»  и  дешевых  заземляющих  устройств.

Недостаток:  сложности  в  определении  поврежденного  присоединения  [1].

Нейтраль,  заземленная  через  резистор.   Резистор  подключается  аналогично  реактору,  в  нейтраль  специального  заземляющего  трансформатора.  Но  существуют  и  другие  варианты  подключения  резистора,  например,  глухое  подключение  нейтрали  заземляющего  трансформатора  к  контуру  заземления;  подключение  резистора  во  вторичную  обмотку,  собранную  по  схеме  «разомкнутый  треугольник»,  а  также  использование  однообмоточного  трансформатора  в  качестве  фильтра  нулевой  последовательности  с  соединением  обмотки  ВН  по  схеме  «зигзаг»  [2].  Варианты  включения  резистора  показаны  на  рис.  2.

Рисунок  2.  Способ  включения  резистора  в  нейтраль

Возможны  два  варианта  реализации  резистивного  заземления  нейтрали:  высокоомное  и  низкоомное.  Подключать  низкоомный  резистор  можно  только  в  нейтраль  специального  заземляющего  трансформатора.  Высокоомный  резистор  может  применяется  в  сетях  с  емкостным  током  замыкания  на  землю  до  10  А.

Достоинства  резистивного  заземления  нейтрали:  возможность  ликвидации  феррорезонансных  явлений;  снижение  уровня  дуговых  перенапряжений;  отсутствие  необходимости  в  быстром  отключении  первого  однофазного  замыкания  на  землю  (справедливо  для  высокоомного  заземления  нейтрали).

Недостатки  режима:  этот  режим  увеличивает  ток  в  месте  повреждения  (особенно  увеличение  активной  составляющей  тока  замыкания);  существует  необходимость  быстрого  отключения  однофазных  замыканий  (справедливо  для  случая  низкоомного  заземления);  существуют  сложности  в  определении  поврежденного  фидера  (также,  как  и  в  случае  с  режимом  заземления  нейтрали  через  ДГР)  [1].

Мы  знаем,  что  в  двух  последних  вариантах  заземления  нейтрали  (в  литературе  можно  встретить  название  «компенсированная  нейтраль»  —  заземление  через  ДГР  или  резистор)  существуют  проблемы  в  определении  поврежденного  присоединения,  а  также  расстояния  до  места  замыкания  на  «землю»  В  данной  статье  пойдет  речь  о  некоторых  вариантах  ликвидации  этих  недостатков.

В  основу  первого  изобретения  [3]  легли  следующие  два  принципа:  увеличение  активной  составляющей  в  токе  однофазного  замыкания  на  землю  и  модуляция  в  токе  замыкания  гармоник,  кратных  основной  частоте  сети.

Поясним  принцип  действия  изобретения.  Для  реализации  первого  принципа  достаточно  включить  коммутатор  (дополнительно  установленный  на  выводах  низковольтной  сигнальной  обмотки  дугогасящего  реактора)  на  время,  достаточное  для  срабатывания  защиты  (от  0,5  до  1  с).  Величина  дополнительного  сопротивления  R  подбирается  таким  образом,  чтобы  обеспечить  требуемую  величину  активной  составляющей  в  первичном  токе  реактора  (от  5  до  10  А).

В  сетях  с  скомпенсированной  нейтралью  уже  установлены  трансформаторы  с  дугогасящими  реакторами  (они  имеют  сигнальную  обмотку).  При  этом  установка  дополнительного  коммутатора  с  сопротивлением  (напряжение  порядка  100  В  и  небольшой  мощности)  не  вызывает  больших  капитальных  затрат  и  затруднений  при  монтаже.  Учитывая  эти  обстоятельства,  можно  сказать,  что  описываемое  изобретение  обладает  большими  технико-экономическими  преимуществами  и  применимо  в  любых  компенсированных  электрических  сетях  —  кабельных,  воздушных  и  смешанных,  где  используются  токовые  защиты  от  замыканий  на  землю.

Для  реализации  второго  принципа  требуются  два  управляемых  ключа  и  два  дополнительных  сопротивления.  Каждая  секция  сигнальной  обмотки  коммутируется  своим  управляемым  ключом  (тиристором)  через  токоограничивающее  сопротивление  таким  образом,  чтобы  на  необходимый  для  действия  защиты  промежуток  времени  модулировать  в  токе  замыкания  гармонику  требуемой  частоты.  Например,  если  коммутировать  секции  сигнальной  обмотки  поочередно  в  каждую  третью  полуволну  напряжения  на  реакторе  (на  нейтрали),  то  реактор  добавит  в  место  повреждения  низкочастотные  гармоники  с  преобладанием  16,66  Гц  (треть  частоты  сети).  А  если  коммутировать  секции  каждый  полупериод  поочередно  и  в  противоположных  направлениях  (чтобы  получить  эффект  двухполупериодного  выпрямления  или  четной  гармоники),  то  в  токе  замыкания  появится  преобладающая  вторая  гармоника  с  частотой  100  Гц.

Величина  модулируемой  гармоники  в  токе  замыкания  также  определяется  дополнительными  сопротивлениями  (или  углом  включения  коммутаторов)  и  для  успешного  срабатывания  защиты  может  составлять  менее  одного  ампера  первичного  тока  реактора.  Установка  низковольтных  коммутаторов  (тиристоров  или  транзисторов)  с  дополнительными  сопротивлениями  на  кратковременный  ток  порядка  100  А  затруднений  не  вызывает.

Рассмотренное  нами  изобретение  обладает  следующими  достоинствами:  повышает  чувствительность  и  селективность  защит,  упрощает  определение  однофазного  замыкания  на  землю  (ОЗЗ).  Но  существуют  и  недостатки.  Во-первых,  оно  изменяет  режим  работы  нейтрали  (включением  дополнительного  резистора).  Во-вторых,  необходима  установка  упомянутого  сопротивления  (экономическая  сторона).  И,  в-третьих,  изобретение  работает  в  режиме  ОЗЗ  малый  промежуток  времени.

В  основу  второго  изобретения  [4]  легло  следующее:  подключают  балластное  сопротивление  к  резервной  ячейке  секции  шин  распределительного  устройства,  в  котором  есть  замыкание  на  землю,  подключают  амперметр  в  ту  же  фазу  токовых  цепей  вторичной  коммутации  резервной  ячейки,  подключают  в  токовые  цепи  вторичной  коммутации  фазы,  в  которой  имеется  замыкание  на  землю,  вводной  и  находящихся  под  нагрузкой  отходящих  ячеек  секции  шин  приспособления  визуальной  фиксации  бросков  тока,  включают  высоковольтный  выключатель  резервной  ячейки,  обеспечивая  протекание  через  балластное  сопротивление  ограниченного  по  величине  и  времени  двухфазного  тока  короткого  замыкания,  во  время  включения  отслеживают  показания  устройств  визуальной  фиксации  бросков  тока  и  по  наличию  и  отсутствию  бросков  тока  на  приспособлениях  визуальной  фиксации  судят  о  месте  замыкания,  а  по  показаниям  амперметра  определяют  расстояние  до  места  однофазного  замыкания  на  землю  (расстояние  определяют  расчетным  способом).

Изобретение  обладает  следующими  достоинствами: 

1.  Существенное  снижение  эксплутационных  расходов  (зарплата  работников  и  затраты  на  автотранспорт)  из-за  резкого  уменьшения  времени  отыскания  замыкания  на  землю  —  не  более  2  часов  (именно  этот  норматив  указан  в  ПУЭ).

2.  Увеличение  срока  эксплуатации  электрооборудования  (уменьшается  продолжительность  работы  электрического  оборудования  в  режиме  повышении  фазного  напряжения  сети  до  линейного,  а  также  снижение  вероятности  выхода  его  из  строя).

3.  Имеется  возможность  применения  в  любых  сетях  с  изолированной  или  скомпенсированной  нейтралью.

4.  Обуславливает  высокую  точность  определения  места  замыкания  на  землю,  по  сравнению  с  другими  дорогими  методами  (в  процессе  его  осуществления  протекают  на  порядок  большие  токи,  следовательно,  точность  измерений  и  вычислений  значительно  возрастает).

В  заключение  хотелось  бы  отметить,  что  построение  селективных  защит  для  сетей,  работающих  в  режиме  изолированной  или  компенсированной  нейтрали,  представляет  собой  сложную  техническую  задачу.  Рассмотренные  нами  способы  позволяют  значительно  упростить  задачу  нахождения  места  повреждения  (однофазного  замыкания  на  землю).

Список  литературы:

1.Андреев  В.А.  Релейная  защита  и  автоматика  систем  электроснабжения  [Текст]  /  В.А.  Андреев.  М.:  Высшая  школа,  2006.  —  642  с.

2.Волгунов  А.  Выбор  режима  заземления  нейтрали  в  электрических  сетях  среднего  напряжения.  [Текст]  /  А.  Волгунов  2009.  —  10  с.

3.Пат.  2160953  Российская  Федерация.  Способ  определения  места  однофазного  повреждения  в  электрической  сети  6-35  кВ  с  компенсацией  тока  замыкания  на  землю  [Текст]  /  Брянцев  А.М.,  Долгополов  А.Г;  заявитель  Научно-технический  центр  Всероссийского  электротехнического  института  им.  В.И.  Ленина;  патентообладатель  Брянцев  А.М.  №  99102716/09;  заявл.  11.02.1999;  опубл.  20.12.2000.  —  5  с.

4.Пат.  2293342  Российская  Федерация.  Способ  определения  места  и  расстояния  до  места  однофазного  замыкания  на  землю  в  электрических  сетях  6-35  кВ  с  изолированной  или  компенсированной  нейтралью  [Текст]  /  Фастунов  В.А.;  заявитель  и  патентообладатель  Фастунов  В.А.  №  2005112140/28;  заявл.  22.04.2005;  опубл.  10.02.2007.  —  6  с.

5.Правила  Устройства  Электроустановок  [Текст]  7  издание.

6.Шабад  М.А.  Защита  от  однофазных  замыканий  на  землю  в  сетях  6—35  кВ  [Текст]  /  М.А.  Шабад  М.:  НТФ  Энергопрогресс,  Энергетик,  2007.  —  64  с.