Файл: Курсовой проект должен включать в себя введение, основную часть и заключение, а также список использованной литературы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 127
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
а).
Значение тока срабатывания неселективной отсечки
(в амперах) определяется по выражению:
I
с.о
)
z k
z
(
k
3
U
мин с
о мин с
н мин с
,
(1.18) где U
с.мин
- междуфазное напряжение (ЭДС) питающей энергосистемы в минимальном режиме её работы, может приниматься в пределах 0,9 0,95 номинального, В; z с.мин
-сопротивление энергосистемы (в минимальном режиме её работы) до места установки отсечки, Ом; k о
- коэффициент, отражающий зависимость остаточного напряжения U
ост в месте установки рассчитываемой отсечки от удалённости трёхфазного КЗ (z к
= =k о
z с.мин
), определяется по зависимости U
*ост
= f(k о
), приведенной на рис.1.20, б; k н
- коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,1 1,2. Значение остаточного напряжения U
*ост
, необходимое для обеспечения параллельной работы синхронных электрических машин и различных категорий потребителей, определяются для конкретных случаев службами (группами) электрических режимов; в приближённых расчетах принимают, что для обеспечения динамической стойкости синхронных генераторов необходимо обеспечить U
*ост
0,6; синхронных электродвигателей не менее 0,5.
Для обеспечения успешного действия устройства АПВ (или АВР) после срабатывания неселективной токовой отсечки необходимо выполнить несколько условий, дополнительных к условию (1.18), в том числе: а) выполнить согласование чувствительности и времени срабатывания неселективной отсечки с плавкими предохранителями, автоматическими выключателями или быстродействующими защитами всех элементов, питающихся по защищаемой линии и расположенных в зоне действия неселективной отсечки; это необходимо для того, чтобы при КЗ на любом из этих элементов плавкие вставки предохранителей сгорели бы раньше или защита сработала бы раньше или хотя бы одновременно со срабатыванием неселективной отсечки; при этом время гашения электрической дуги в плавких предохранителях может не учитываться, т.к. она погаснет после отключения линии; б) обеспечить отстройку неселективной отсечки от бросков тока намагничивания трансформаторов по условию (1.17); в) обеспечить отстройку неселективной отсечки от КЗ на шинах низшего
(среднего) напряжения каждого из трансформаторов, включённых в зоне действия неселективной отсечки, а если это невозможно, то выполнить согласование чувствительности и времени срабатывания неселективной отсечки с защитными устройствами всех элементов низшего (среднего) напряжения.
Применяются и другие способы ускорения отключения опасных повреждений, например, так называемое "ускорение действия защиты по напряжению прямой последовательности". Для этой цели используется защита минимального напряжения прямой последовательности (код ANSI
27D).
Защита (27D) настраивается на срабатывание при снижении напряжения прямой последовательности (в месте установки защиты) до 0,5 0,6 от
2Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6 - 35 кВ защита сеть замыкание трансформатор реле
В электрических сетях 6-35 кВ России, работающих, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) невелики, они не превышают 20
30 А. Поэтому сети этих классов напряжения называют сетями с малым током замыкания на землю. Однако ОЗЗ представляют большую опасность для оборудования электрических сетей и для находящихся вблизи места ОЗЗ людей и животных. В связи с этим «Правила» [2] требуют в одних случаях быстро автоматически отключать ОЗЗ, а в других - немедленно приступать к определению присоединения с ОЗЗ и затем отключать его.
Наибольшее влияние на выбор типа защиты от ОЗЗ в сетях 6 и 10 кВ оказывает режим заземления нейтрали.
В России и республиках бывшего СССР используются, главным образом, либо режим “Изолированная нейтраль” (рис.1.1), либо режим
“Резонансно-заземленная нейтраль” (рис.1.2). В 15-м издании «Правил технической эксплуатации» [2] допускается сравнительно новый для России режим работы с заземлением нейтрали через резистор (рис.1.3).
Как видно из рис.1.1, фазы всех линий имеют емкость С по отношению к земле (условно распределенные емкости линий изображены как дискретные конденсаторы). На поврежденной линии емкости фаз обозначены С
0
, а на неповрежденной линии, которая представляет всю остальную электрически связанную сеть, обозначены как суммарные емкости C
0
. Емкости всех присоединений в двух неповрежденных фазах
C
0
определяют установившееся значение суммарного емкостного тока сети
= 3 I
0
При металлическом ОЗЗ в точке К
1 фазы А (рис.1.1,а) через место повреждения будет проходить суммарный ток
, определяемый емкостями неповрежденных фаз всей остальной сети (емкость поврежденной фазы после разряда через точку КЗ в создании этого тока не участвует, так как она зашунтирована ОЗЗ). Ток поврежденной фазы возвращается в сеть через емкости неповрежденных фаз (показано штриховыми линиями). Таким образом, реле защиты от ОЗЗ, подключенное к поврежденной линии через специальный трансформатор тока нулевой последовательности кабельного типа CSH 120 (200), реагирует на суммарный емкостной ток сети
При ОЗЗ в точке К
2
вне защищаемой линии (рис.1.1,б) через рассматриваемую защиту, проходит “собственный“ емкостной ток линии, определяемый емкостью ее фаз. Если эта токовая защита выполнена без элемента направления мощности, то необходимо обеспечить ее несрабатывание при внешнем ОЗЗ путем отстройки от собственного емкостного тока линии (фидера).
Значение емкостного тока линии и, соответственно, суммарного емкостного тока линий всей сети можно ориентировочно определить по
)
1
(
С
I
)
1
(
С
I
)
1
(
С
I
Этот режим давно используется во многих странах. В СССР его начали внедрять на блочных электростанциях с 1986 г. с целью обеспечить быстрое отключение однофазных замыканий на землю в электродвигателях 6 кВ до того, как ОЗЗ перейдет в многофазное КЗ, опасное для статора двигателя. В других двух режимах, при действии РЗ на сигнал, затрачиваются десятки минут на определение двигателя (или фидера) с ОЗЗ. По статистическим данным из-за этого за 10 лет повредилось более 10% электродвигателей на электростанциях СССР. Имеются статистические данные о том, что в сетях
6 кВ собственных нужд электростанций более 80% ОЗЗ перешли в многофазные (в распределительных сетях - около 70%).
В 15-ом издании «Правил» 1996 г. [2] этот режим получил признание
(§ 5.12.8). Для его реализации Московский завод “Электрощит” предлагает шкаф заземления нейтрали ШЗН (прежнее название К-118УЗ) с трансформатором ТСНЗ мощностью 63 кВ А с напряжениями 6/0,4 кВ (или
10/0,4 кВ) сu к
= 5,5%, схема соединения обмоток Y/ (на рис.2.3 обозначен
ДТ), а также резистор R с активным сопротивлением 100 Ом (6 кВ) или
150 Ом (10 кВ) и допустимыми токами при ОЗЗ не более 40 А в течение 1,5 с и 5 А в течение 1 часа. Предусмотрена также возможность включения на стороне 6 или 10 кВ ограничителя перенапряжения (ОПН).
При выполнении данной защиты на терминалах SEPAM в цепи резистора R устанавливают трансформатор тока производства Шнейдер
Электрик типа CSH 120 или CSH 200 (вместо включения ТТНП, как показано на рис.2.3).
Комплектное устройство К-118 УЗ подключается к РУ-6 кВ (РУ-10 кВ) через стандартное комплектное устройство К-104.
При заземлении нейтрали через указанный резистор на всех присоединениях осуществляется самая простая - токовая защита от замыканий на землю с действием на отключение поврежденного элемента без выдержки времени (t 0,1 с) и с резервным отключением сначала ДТ, а затем источников питания (рис.2.3). Выбор уставок по току – см. далее.
При выбранных параметрах дополнительного
(заземляющего) трансформатора ДТ и добавочного резистора R ток
35 40 А при однофазном КЗ указанное значение тока обеспечивает высокую чувствительность защиты
SEPAM при замыкании на выводах электродвигателя и защиту большой части обмотки статора.
)
1
(
к
I
)
1
(
к
I
Рисунок 2.3 - Схема защит от замыканий на землю сети 10(6) кВ при заземлении нейтрали этой сети через резистор, режим № 3:
ДТ
- дополнительный трансформатор;
Тр
- трансформатор
(собственных нужд);
R - резистор; М - электродвигатель 10(6) кВ; ТТНП - трансформаторы тока нулевой последовательности типа CSH 120 или CSH 200
Уставки защиты от ОЗЗ выбраны из условия обеспечения несрабатывания при внешних замыканиях на землю (заземление через резистор уменьшает бросок емкостного тока в момент пробоя изоляции вне зоны защиты по сравнению с таким же повреждением в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, и коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока k бр
, принимается равным 11,5).
Защита от ОЗЗ на электродвигателях (М) и трансформаторах (Тр) должна действовать на отключение собственного выключателя без выдержки времени. Резервная защита от ОЗЗ, установленная на дополнительном трансформаторе (ДТ), действует с выдержкой времени около 0,5 с на отключение рабочего (резервного) ввода, то есть на погашение всей секции
10 (6) кВ. Возможно и другое решение: отключение самого ДТ, то есть перевод секции на режим работы с изолированной нейтралью и дальнейший поиск элемента с ОЗЗ путем поочередного отключения всех элементов с одновременным контролем напряжения нулевой последовательности
(рис.2.4). Такое решение принято в России.
Надо отметить, что выбранные параметры ДТ и R (рис.2.3), определяющие значение тока
= 35-40 А, представляют лишь частный случай в решении проблемы защиты сетей этих классов напряжений как от перенапряжений, так и от замыканий на землю. Известны различные варианты резистивного заземления нейтрали, в которых значения токов
)
1
(
к
I
Значение тока срабатывания неселективной отсечки
(в амперах) определяется по выражению:
I
с.о
)
z k
z
(
k
3
U
мин с
о мин с
н мин с
,
(1.18) где U
с.мин
- междуфазное напряжение (ЭДС) питающей энергосистемы в минимальном режиме её работы, может приниматься в пределах 0,9 0,95 номинального, В; z с.мин
-сопротивление энергосистемы (в минимальном режиме её работы) до места установки отсечки, Ом; k о
- коэффициент, отражающий зависимость остаточного напряжения U
ост в месте установки рассчитываемой отсечки от удалённости трёхфазного КЗ (z к
= =k о
z с.мин
), определяется по зависимости U
*ост
= f(k о
), приведенной на рис.1.20, б; k н
- коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,1 1,2. Значение остаточного напряжения U
*ост
, необходимое для обеспечения параллельной работы синхронных электрических машин и различных категорий потребителей, определяются для конкретных случаев службами (группами) электрических режимов; в приближённых расчетах принимают, что для обеспечения динамической стойкости синхронных генераторов необходимо обеспечить U
*ост
0,6; синхронных электродвигателей не менее 0,5.
Для обеспечения успешного действия устройства АПВ (или АВР) после срабатывания неселективной токовой отсечки необходимо выполнить несколько условий, дополнительных к условию (1.18), в том числе: а) выполнить согласование чувствительности и времени срабатывания неселективной отсечки с плавкими предохранителями, автоматическими выключателями или быстродействующими защитами всех элементов, питающихся по защищаемой линии и расположенных в зоне действия неселективной отсечки; это необходимо для того, чтобы при КЗ на любом из этих элементов плавкие вставки предохранителей сгорели бы раньше или защита сработала бы раньше или хотя бы одновременно со срабатыванием неселективной отсечки; при этом время гашения электрической дуги в плавких предохранителях может не учитываться, т.к. она погаснет после отключения линии; б) обеспечить отстройку неселективной отсечки от бросков тока намагничивания трансформаторов по условию (1.17); в) обеспечить отстройку неселективной отсечки от КЗ на шинах низшего
(среднего) напряжения каждого из трансформаторов, включённых в зоне действия неселективной отсечки, а если это невозможно, то выполнить согласование чувствительности и времени срабатывания неселективной отсечки с защитными устройствами всех элементов низшего (среднего) напряжения.
Применяются и другие способы ускорения отключения опасных повреждений, например, так называемое "ускорение действия защиты по напряжению прямой последовательности". Для этой цели используется защита минимального напряжения прямой последовательности (код ANSI
27D).
Защита (27D) настраивается на срабатывание при снижении напряжения прямой последовательности (в месте установки защиты) до 0,5 0,6 от
номинального значения.
При этом максимальная токовая
(или дистанционная) защита линии действует помимо основной выдержки времени либо мгновенно, либо с очень небольшим замедлением. Эти мероприятия применяются как дополняющие работу основных быстродействующих селективных защит линий электропередачи, сборных шин и других элементов электроустановок.
Ток срабатывания неселективной токовой отсечки, предназначенной для обеспечения термической стойкости, например, голых проводов линий, выбирается по формуле, полученной из выражения (1.14):
I
с.о
откл факт t
C
s
,
(1.19) где обозначения такие же, как и в выражении (1.14). Например, при сечении проводов s = 35 мм
2
и t откл
= 0,4 с (неселективная отсечка плюс АПВ линии) ток срабатывания отсечки должен быть установлен не более 3850 А
(первичных).
Для обеспечения успешного действия
АПВ после неселективного отключения линии отсечкой необходимо выполнить все те же условия, которые перечислены выше, а также произвести расчетную проверку пригодности трансформаторов тока по их погрешностям.
При этом максимальная токовая
(или дистанционная) защита линии действует помимо основной выдержки времени либо мгновенно, либо с очень небольшим замедлением. Эти мероприятия применяются как дополняющие работу основных быстродействующих селективных защит линий электропередачи, сборных шин и других элементов электроустановок.
Ток срабатывания неселективной токовой отсечки, предназначенной для обеспечения термической стойкости, например, голых проводов линий, выбирается по формуле, полученной из выражения (1.14):
I
с.о
откл факт t
C
s
,
(1.19) где обозначения такие же, как и в выражении (1.14). Например, при сечении проводов s = 35 мм
2
и t откл
= 0,4 с (неселективная отсечка плюс АПВ линии) ток срабатывания отсечки должен быть установлен не более 3850 А
(первичных).
Для обеспечения успешного действия
АПВ после неселективного отключения линии отсечкой необходимо выполнить все те же условия, которые перечислены выше, а также произвести расчетную проверку пригодности трансформаторов тока по их погрешностям.
2Защита от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6 - 35 кВ защита сеть замыкание трансформатор реле
В электрических сетях 6-35 кВ России, работающих, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) невелики, они не превышают 20
30 А. Поэтому сети этих классов напряжения называют сетями с малым током замыкания на землю. Однако ОЗЗ представляют большую опасность для оборудования электрических сетей и для находящихся вблизи места ОЗЗ людей и животных. В связи с этим «Правила» [2] требуют в одних случаях быстро автоматически отключать ОЗЗ, а в других - немедленно приступать к определению присоединения с ОЗЗ и затем отключать его.
Наибольшее влияние на выбор типа защиты от ОЗЗ в сетях 6 и 10 кВ оказывает режим заземления нейтрали.
В России и республиках бывшего СССР используются, главным образом, либо режим “Изолированная нейтраль” (рис.1.1), либо режим
“Резонансно-заземленная нейтраль” (рис.1.2). В 15-м издании «Правил технической эксплуатации» [2] допускается сравнительно новый для России режим работы с заземлением нейтрали через резистор (рис.1.3).
Как видно из рис.1.1, фазы всех линий имеют емкость С по отношению к земле (условно распределенные емкости линий изображены как дискретные конденсаторы). На поврежденной линии емкости фаз обозначены С
0
, а на неповрежденной линии, которая представляет всю остальную электрически связанную сеть, обозначены как суммарные емкости C
0
. Емкости всех присоединений в двух неповрежденных фазах
C
0
определяют установившееся значение суммарного емкостного тока сети
= 3 I
0
При металлическом ОЗЗ в точке К
1 фазы А (рис.1.1,а) через место повреждения будет проходить суммарный ток
, определяемый емкостями неповрежденных фаз всей остальной сети (емкость поврежденной фазы после разряда через точку КЗ в создании этого тока не участвует, так как она зашунтирована ОЗЗ). Ток поврежденной фазы возвращается в сеть через емкости неповрежденных фаз (показано штриховыми линиями). Таким образом, реле защиты от ОЗЗ, подключенное к поврежденной линии через специальный трансформатор тока нулевой последовательности кабельного типа CSH 120 (200), реагирует на суммарный емкостной ток сети
При ОЗЗ в точке К
2
вне защищаемой линии (рис.1.1,б) через рассматриваемую защиту, проходит “собственный“ емкостной ток линии, определяемый емкостью ее фаз. Если эта токовая защита выполнена без элемента направления мощности, то необходимо обеспечить ее несрабатывание при внешнем ОЗЗ путем отстройки от собственного емкостного тока линии (фидера).
Значение емкостного тока линии и, соответственно, суммарного емкостного тока линий всей сети можно ориентировочно определить по
)
1
(
С
I
)
1
(
С
I
)
1
(
С
I
эмпирическим формулам: для кабельных сетей для воздушных сетей где: U
н
- номинальное напряжение сети (6 или 10 кВ), l
- суммарная длина линий (км).
Для более точной оценки значения емкостного тока кабельной линии можно использовать таблицы, где приведены удельные значения емкостных токов в амперах на километр в зависимости от сечения кабеля и номинального напряжения сети.
Режим №1: Изолированная нейтраль (рис.1.1).
Рисунок 2.1 - Распределение токов I
(1)
при ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью, режим № 1
Для воздушных сетей 6-35 кВ известна и другая аналогичная
,
10
l
U
I
C
,
350
l
U
I
C
н
- номинальное напряжение сети (6 или 10 кВ), l
- суммарная длина линий (км).
Для более точной оценки значения емкостного тока кабельной линии можно использовать таблицы, где приведены удельные значения емкостных токов в амперах на километр в зависимости от сечения кабеля и номинального напряжения сети.
Режим №1: Изолированная нейтраль (рис.1.1).
Рисунок 2.1 - Распределение токов I
(1)
при ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью, режим № 1
Для воздушных сетей 6-35 кВ известна и другая аналогичная
,
10
l
U
I
C
,
350
l
U
I
C
эмпирическая формула:
I
C
= 2,7 U
Н
l
10
-3
Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 или
10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя (при внешнем ОЗЗ) можно ориентировочно определить по эмпирической формуле: при U
н.дв
=6 кВ
I
с.дв
0,017 S
н.дв
, приU
н.дв
= 10 кВ
I
с.дв
0,03 S
н.дв
, где:
Например, у двигателя мощностью P
н.дв
=5 МВт напряжением 10 кВ собственный емкостной ток может иметь значение I
с.дв.
= 0,17 А.
Более точно I
C
можно определить экспериментально (что и требуется делать регулярно, т.к. протяженность сети изменяется в течение эксплуатационного периода).
Таблица 2.1 - Удельные значения емкостных токов в кабельных сетях
(А/км)
Сечение жил кабеля мм
2
Удельное значение емкостного тока I
C
, А/км при напряжении сети
6 кВ
10 кВ
16 0,40 0,55 25 0,50 0,65 35 0,58 0,72 50 0,68 0,80 70 0,80 0,92 95 0,90 1,04 120 1,00 1,16 150 1,18 1,30 185 1,25 1,47 240 1,45 1,70
Работа сети в режиме с изолированной нейтралью (рис.2.1) допускается
«Правилами» [2] в тех случаях, когда суммарный емкостной токI
C
не превышает 30 А для сети 6 кВ, 20 А - для сети 10 кВ, 15 А - для сети 15-20 кВ и т.д.
Исключение составляют воздушные сети 6-35 кВ на железобетонных и металлических опорах, где суммарный емкостной ток при замыкании на землю не должен превышать 10 А. Это объясняется тем, что при длительном прохождении тока ОЗЗ через опору возможно высыхание грунта вблизи заземления опоры и увеличение общего сопротивления заземления опоры.
При этом опора оказывается под высоким потенциалом, что может быть причиной электротравм людей и животных, находившихся вблизи этой
cos
P
S
дв н
дв н
I
C
= 2,7 U
Н
l
10
-3
Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 или
10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя (при внешнем ОЗЗ) можно ориентировочно определить по эмпирической формуле: при U
н.дв
=6 кВ
I
с.дв
0,017 S
н.дв
, приU
н.дв
= 10 кВ
I
с.дв
0,03 S
н.дв
, где:
Например, у двигателя мощностью P
н.дв
=5 МВт напряжением 10 кВ собственный емкостной ток может иметь значение I
с.дв.
= 0,17 А.
Более точно I
C
можно определить экспериментально (что и требуется делать регулярно, т.к. протяженность сети изменяется в течение эксплуатационного периода).
Таблица 2.1 - Удельные значения емкостных токов в кабельных сетях
(А/км)
Сечение жил кабеля мм
2
Удельное значение емкостного тока I
C
, А/км при напряжении сети
6 кВ
10 кВ
16 0,40 0,55 25 0,50 0,65 35 0,58 0,72 50 0,68 0,80 70 0,80 0,92 95 0,90 1,04 120 1,00 1,16 150 1,18 1,30 185 1,25 1,47 240 1,45 1,70
Работа сети в режиме с изолированной нейтралью (рис.2.1) допускается
«Правилами» [2] в тех случаях, когда суммарный емкостной токI
C
не превышает 30 А для сети 6 кВ, 20 А - для сети 10 кВ, 15 А - для сети 15-20 кВ и т.д.
Исключение составляют воздушные сети 6-35 кВ на железобетонных и металлических опорах, где суммарный емкостной ток при замыкании на землю не должен превышать 10 А. Это объясняется тем, что при длительном прохождении тока ОЗЗ через опору возможно высыхание грунта вблизи заземления опоры и увеличение общего сопротивления заземления опоры.
При этом опора оказывается под высоким потенциалом, что может быть причиной электротравм людей и животных, находившихся вблизи этой
cos
P
S
дв н
дв н
опоры (см., например, журнал “Энергетик”, № 9 за 1998 г.). Длительное прохождение тока при ОЗЗ может быть причиной внутренних повреждений железобетонной опоры, нарушающих ее прочность. В сетях с синхронными генераторами6-10 кВ значение тока ОЗЗ не должно превышать 5 А. Это обусловлено требованием минимизации разрушения изоляции генераторов при возникновении ОЗЗ.
Режим № 1 “Изолированная нейтраль” характерен для сетей с небольшой суммарной протяженностью кабельных линий (сети собственных нужд блочных электростанций, нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, насосных станций водоснабжения и канализации, сетей небольших населенных пунктов, не связанные электрически с сетями больших городов, а также для многих воздушных сетей в сельской местности).
Если значение суммарного емкостного тока сети превышает допустимое значение по [1], то требуется выполнить компенсацию емкостного тока с помощью дугогасящих реакторов, т.е. перейти на другой режим нейтрали (рис.2.2).
Режим №2: Режим с резонансно-заземленной нейтралью или "компенсированная нейтраль".
В этом случае требуется включить на шины 6 (или 10) кВ трансформатор со схемой соединения обмоток Y/ и соединить с землей нейтраль обмотки Y через дугогасящий реактор (катушку индуктивности). В
России (и в бывшем СССР) требуется обеспечить резонансную настройку дугогасящего реактора, при которой происходит полная компенсация емкостного тока I
C
при частоте 50 Гц в месте однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) (рис.2.2):I
C
= I
L
Рисунок 2.2 - Распределение токов при ОЗЗ в сети с полной компенсациейемкостного тока (показано схематично), режим № 2
Перевод сетей 6 и 10 кВ на режим №2 происходит в СССР с начала
1960-х годов. Для этой цели должны, как правило, применяться плавно регулируемые дугогасящие реакторы (ДГР) с автоматической настройкой
Режим № 1 “Изолированная нейтраль” характерен для сетей с небольшой суммарной протяженностью кабельных линий (сети собственных нужд блочных электростанций, нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, насосных станций водоснабжения и канализации, сетей небольших населенных пунктов, не связанные электрически с сетями больших городов, а также для многих воздушных сетей в сельской местности).
Если значение суммарного емкостного тока сети превышает допустимое значение по [1], то требуется выполнить компенсацию емкостного тока с помощью дугогасящих реакторов, т.е. перейти на другой режим нейтрали (рис.2.2).
Режим №2: Режим с резонансно-заземленной нейтралью или "компенсированная нейтраль".
В этом случае требуется включить на шины 6 (или 10) кВ трансформатор со схемой соединения обмоток Y/ и соединить с землей нейтраль обмотки Y через дугогасящий реактор (катушку индуктивности). В
России (и в бывшем СССР) требуется обеспечить резонансную настройку дугогасящего реактора, при которой происходит полная компенсация емкостного тока I
C
при частоте 50 Гц в месте однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) (рис.2.2):I
C
= I
L
Рисунок 2.2 - Распределение токов при ОЗЗ в сети с полной компенсациейемкостного тока (показано схематично), режим № 2
Перевод сетей 6 и 10 кВ на режим №2 происходит в СССР с начала
1960-х годов. Для этой цели должны, как правило, применяться плавно регулируемые дугогасящие реакторы (ДГР) с автоматической настройкой
тока компенсации при изменениях емкости сети [2]. Однако ДГР с плавной регулировкой индуктивностиL до последнего времени серийно не выпускались.
Очевидно, что
ДГР со ступенчатой регулировкой индуктивности L не могут обеспечить полную компенсацию емкостных токов промышленной частоты при ОЗЗ при любых возможных режимах работы защищаемой сети. Режимы работы сети могут изменяться даже в течение суток, не говоря уже о более длительных периодах, в то время как установленное персоналом значение индуктивности
ДГР остается неизменным. Но, несмотря на эти обстоятельства, при выборе принципов выполнения защиты от ОЗЗ приходится считаться с реальной возможностью полной или почти полной компенсации емкостного тока сети при определенном режиме сети и возникновении ОЗЗ. Поэтому токовые защиты от ОЗЗ, реагирующие на ток промышленной частоты 50 Гц, принципиально не могут использоваться для сетей, работающих в режиме № 2.
Наибольшее распространение в таких сетях получили в СССР устройства защиты, реагирующие на гармонические составляющие тока ОЗЗ.
Большинство из этих устройств использует высшие гармонические составляющие тока нулевой последовательности при ОЗЗ, например, устройство УСЗ-3М, комплект дистанционной сигнализации замыканий на землю КДЗС (Мосэнерго, СКТБВКТ), специальный модуль в цифровом терминале SPAC-800 (“АББ Автоматизация”). В «Кузбассэнерго» для защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ успешно используют низкочастотные составляющие тока нулевой последовательности при перемежающемся
ОЗЗ, применяя полупроводниковые реле максимального тока, работающие в области низких частот. Работу этих реле при устойчивых ОЗЗ обеспечивает специальный источник “наложенного” контрольного тока частотой 25 Гц.
В настоящее время серийно выпускаются автоматически регулируемые
ДГР типа РУОМ. Этот ДГР при отсутствии ОЗЗ работает в режиме холостого хода, но его автоматика постоянно следит за изменениями емкости сети и в момент возникновения ОЗЗ выводит ДГР на режим, близкий к резонансной настройке
(информация изготовителя
РУОМ
-
Раменского электротехнического завода “Энергия”).
Режим №2 используется в кабельных сетях больших и средних городов, крупных промышленных предприятий, а также в загородных воздушных сетях большой протяженности.
В большинстве случаев поврежденная линия с ОЗЗ определяется с помощью устройства УСЗ-3М, т.е. не автоматически. Это требует больших временных затрат.
К сожалению, в цифровых терминалах SEPAM отсутствует возможность измерять установившиеся значения высокочастотных гармоник токов ОЗЗ. Поэтому выполнение этих защит на сегодняшний день возможно только с дополнительной установкой указанного выше устройства УСЗ-3М или ему подобного.
Режим №3: Режим с заземлением нейтрали через резистор.
Очевидно, что
ДГР со ступенчатой регулировкой индуктивности L не могут обеспечить полную компенсацию емкостных токов промышленной частоты при ОЗЗ при любых возможных режимах работы защищаемой сети. Режимы работы сети могут изменяться даже в течение суток, не говоря уже о более длительных периодах, в то время как установленное персоналом значение индуктивности
ДГР остается неизменным. Но, несмотря на эти обстоятельства, при выборе принципов выполнения защиты от ОЗЗ приходится считаться с реальной возможностью полной или почти полной компенсации емкостного тока сети при определенном режиме сети и возникновении ОЗЗ. Поэтому токовые защиты от ОЗЗ, реагирующие на ток промышленной частоты 50 Гц, принципиально не могут использоваться для сетей, работающих в режиме № 2.
Наибольшее распространение в таких сетях получили в СССР устройства защиты, реагирующие на гармонические составляющие тока ОЗЗ.
Большинство из этих устройств использует высшие гармонические составляющие тока нулевой последовательности при ОЗЗ, например, устройство УСЗ-3М, комплект дистанционной сигнализации замыканий на землю КДЗС (Мосэнерго, СКТБВКТ), специальный модуль в цифровом терминале SPAC-800 (“АББ Автоматизация”). В «Кузбассэнерго» для защиты от замыканий на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ успешно используют низкочастотные составляющие тока нулевой последовательности при перемежающемся
ОЗЗ, применяя полупроводниковые реле максимального тока, работающие в области низких частот. Работу этих реле при устойчивых ОЗЗ обеспечивает специальный источник “наложенного” контрольного тока частотой 25 Гц.
В настоящее время серийно выпускаются автоматически регулируемые
ДГР типа РУОМ. Этот ДГР при отсутствии ОЗЗ работает в режиме холостого хода, но его автоматика постоянно следит за изменениями емкости сети и в момент возникновения ОЗЗ выводит ДГР на режим, близкий к резонансной настройке
(информация изготовителя
РУОМ
-
Раменского электротехнического завода “Энергия”).
Режим №2 используется в кабельных сетях больших и средних городов, крупных промышленных предприятий, а также в загородных воздушных сетях большой протяженности.
В большинстве случаев поврежденная линия с ОЗЗ определяется с помощью устройства УСЗ-3М, т.е. не автоматически. Это требует больших временных затрат.
К сожалению, в цифровых терминалах SEPAM отсутствует возможность измерять установившиеся значения высокочастотных гармоник токов ОЗЗ. Поэтому выполнение этих защит на сегодняшний день возможно только с дополнительной установкой указанного выше устройства УСЗ-3М или ему подобного.
Режим №3: Режим с заземлением нейтрали через резистор.
Этот режим давно используется во многих странах. В СССР его начали внедрять на блочных электростанциях с 1986 г. с целью обеспечить быстрое отключение однофазных замыканий на землю в электродвигателях 6 кВ до того, как ОЗЗ перейдет в многофазное КЗ, опасное для статора двигателя. В других двух режимах, при действии РЗ на сигнал, затрачиваются десятки минут на определение двигателя (или фидера) с ОЗЗ. По статистическим данным из-за этого за 10 лет повредилось более 10% электродвигателей на электростанциях СССР. Имеются статистические данные о том, что в сетях
6 кВ собственных нужд электростанций более 80% ОЗЗ перешли в многофазные (в распределительных сетях - около 70%).
В 15-ом издании «Правил» 1996 г. [2] этот режим получил признание
(§ 5.12.8). Для его реализации Московский завод “Электрощит” предлагает шкаф заземления нейтрали ШЗН (прежнее название К-118УЗ) с трансформатором ТСНЗ мощностью 63 кВ А с напряжениями 6/0,4 кВ (или
10/0,4 кВ) сu к
= 5,5%, схема соединения обмоток Y/ (на рис.2.3 обозначен
ДТ), а также резистор R с активным сопротивлением 100 Ом (6 кВ) или
150 Ом (10 кВ) и допустимыми токами при ОЗЗ не более 40 А в течение 1,5 с и 5 А в течение 1 часа. Предусмотрена также возможность включения на стороне 6 или 10 кВ ограничителя перенапряжения (ОПН).
При выполнении данной защиты на терминалах SEPAM в цепи резистора R устанавливают трансформатор тока производства Шнейдер
Электрик типа CSH 120 или CSH 200 (вместо включения ТТНП, как показано на рис.2.3).
Комплектное устройство К-118 УЗ подключается к РУ-6 кВ (РУ-10 кВ) через стандартное комплектное устройство К-104.
При заземлении нейтрали через указанный резистор на всех присоединениях осуществляется самая простая - токовая защита от замыканий на землю с действием на отключение поврежденного элемента без выдержки времени (t 0,1 с) и с резервным отключением сначала ДТ, а затем источников питания (рис.2.3). Выбор уставок по току – см. далее.
При выбранных параметрах дополнительного
(заземляющего) трансформатора ДТ и добавочного резистора R ток
35 40 А при однофазном КЗ указанное значение тока обеспечивает высокую чувствительность защиты
SEPAM при замыкании на выводах электродвигателя и защиту большой части обмотки статора.
)
1
(
к
I
)
1
(
к
I
Рисунок 2.3 - Схема защит от замыканий на землю сети 10(6) кВ при заземлении нейтрали этой сети через резистор, режим № 3:
ДТ
- дополнительный трансформатор;
Тр
- трансформатор
(собственных нужд);
R - резистор; М - электродвигатель 10(6) кВ; ТТНП - трансформаторы тока нулевой последовательности типа CSH 120 или CSH 200
Уставки защиты от ОЗЗ выбраны из условия обеспечения несрабатывания при внешних замыканиях на землю (заземление через резистор уменьшает бросок емкостного тока в момент пробоя изоляции вне зоны защиты по сравнению с таким же повреждением в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, и коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока k бр
, принимается равным 11,5).
Защита от ОЗЗ на электродвигателях (М) и трансформаторах (Тр) должна действовать на отключение собственного выключателя без выдержки времени. Резервная защита от ОЗЗ, установленная на дополнительном трансформаторе (ДТ), действует с выдержкой времени около 0,5 с на отключение рабочего (резервного) ввода, то есть на погашение всей секции
10 (6) кВ. Возможно и другое решение: отключение самого ДТ, то есть перевод секции на режим работы с изолированной нейтралью и дальнейший поиск элемента с ОЗЗ путем поочередного отключения всех элементов с одновременным контролем напряжения нулевой последовательности
(рис.2.4). Такое решение принято в России.
Надо отметить, что выбранные параметры ДТ и R (рис.2.3), определяющие значение тока
= 35-40 А, представляют лишь частный случай в решении проблемы защиты сетей этих классов напряжений как от перенапряжений, так и от замыканий на землю. Известны различные варианты резистивного заземления нейтрали, в которых значения токов
)
1
(
к
I