Файл: Токовые и токовые направленные защиты нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью.pdf

20
Нейтраль, заземленная через резистор
(высокоомный или низкоомный)
Достоинствами резистивного заземления нейтрали являются:
• отсутствие дуговых перенапряжений высокой кратности и многоместных повреждений в сети;
• отсутствие необходимости в отключении первого однофазного замыкания на землю (только для высокоомного заземления);
• исключение феррорезонансных процессов и повреждений трансформаторов напряжения;
• уменьшение вероятности поражения персонала и посторонних лиц при однофазном замыкании (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);
• практически полное исключение возможности перехода однофазного замыкания в многофазное (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);
• простое выполнение чувствительной и селективной релейной защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на токовом принципе.

21
Нейтраль, заземленная через резистор
(высокоомный или низкоомный)
Недостатками резистивного режима заземления нейтрали являются:
• увеличение тока в месте повреждения;
• необходимость в отключении однофазных замыканий
(только для низкоомного заземления);
• ограничение на развитие сети (только для высокоомного заземления).
Отсутствие дуговых перенапряжений при однофазных замыканиях и возможность организации селективной релейной защиты являются неоспоримыми преимуществами режима резистивного заземления нейтрали. Именно эти преимущества способствовали широкому распространению такого режима заземления нейтрали в разных странах.

22
Глухозаземленная нейтраль
Как уже было сказано, в отечественных сетях 6-35 кВ не используется. Этот режим заземления нейтрали широко распространен в
США,
Канаде,
Австралии,
Великобритании и связанных с ними странах. Он находит применение в четырехпроводных воздушных сетях среднего напряжения 4-25 кВ. В качестве примера на рис.5 приведен участок сети 13,8 кВ в США. Как видно из рис.5, воздушная линия на всем своем протяжении и ответвлениях снабжена четвертым нулевым проводом.
Концепция построения сети заключается в том, чтобы максимально сократить протяженность низковольтных сетей напряжением 120 В. Каждый частный дом питается от собственного понижающего трансформатора 13,8/0,12 кВ, включенного на фаз-ное напряжение.

23
Глухозаземленная нейтраль
На рис. показан такой однофазный трансформатор потребителя с заземленной средней точкой обмотки НН.
Основная воздушная линия делится на участки секционирующими аппаратами
– реклоузерами.
Трансформаторы каждого отдельного потребителя и ответвления от линии защищаются предохранителями. На отпайках от линии используются отделители, обеспечивающие отключение в бестоковую паузу.
Этот способ заземления нейтрали не используется в сетях, содержащих высоковольтные электродвигатели. Токи однофазного замыкания в этом случае достигают нескольких килоампер, что недопустимо с позиций повреждения статора электродвигателя (выплавление стали при однофазном замыкании).

24
Североамериканский трансформатор потребителя.
На рис. показан такой однофазный трансформатор потребителя с заземленной средней точкой обмотки НН.
Основная воздушная линия делится на участки секционирующими аппаратами
– реклоузерами.
Трансформаторы каждого отдельного потребителя и ответвления от линии защищаются предохранителями. На отпайках от линии используются отделители, обеспечивающие отключение в бестоковую паузу.
Этот способ заземления нейтрали не используется в сетях, содержащих высоковольтные электродвигатели. Токи однофазного замыкания в этом случае достигают нескольких килоампер, что недопустимо с позиций повреждения статора электродвигателя (выплавление стали при однофазном замыкании).

25
Североамериканский трансформатор потребителя

26
Североамериканский трансформатор потребителя.
Применение глухого заземления нейтрали в сетях среднего напряжения в России вряд ли необходимо и вероятно в обозримом будущем. Все отечественные линии
6-35 кВ трехпроводные, а трансформаторы потребителей трехфазные, то есть сам подход к построению сети существенно отличается от зарубежного. Указанный выше случай глухого заземления нейтрали в кабельной сети 35 кВ, питающей г. Кронштадт, является исключением. Такое решение было сознательно принято проектным институтом в связи с тем, что ток однофазного замыкания в этой сети составляет около 600 А. Компенсация в данном случае малоэффективна, а надежных высоковольтных низкоомных резисторов на момент реализации решения в
России не существовало

27
В сетях с изолированной нейтралью (6-35кВ) при однофазном замыкании на землю присутствуют ток и напряжение нулевой последовательности. Величина тока однофазного замыкания на землю обычно имеет небольшую величину
(несколько единиц или десятков ампер) и не больше рабочего тока линии, в связи с этим ПУЭ допускает работу поврежденной сети до двух часов. Однако существуют причины, из-за которых это повреждение необходимо отключать:
•
― возникает большой градиент напряженности электрического поля, следовательно высокое шаговое напряжение, опасное для человека и животного;
•
― однофазное замыкание на землю обычно сопровождается перемежающейся дугой, что чрезвычайно опасно для взрыво- и пожароопасных предприятий;
•
― нулевой потенциал перемещается в поврежденную фазу, а к фазной изоляции неповрежденных фаз прикладывается линейное напряжение в

3 раза больше номинального. Ослабленная изоляция может не выдержать, произойдет ее пробой и возникнет двойное замыкание на землю, или двухфазное КЗ;
•
― перемежающаяся дуга, как известно, сопровождается высокочастотными гармониками. При наличии индуктивностей и емкостей возникают резонансные перенапряжения, которые в несколько раз больше номинального, что также может привести к двойному замыканию на землю, или двухфазному КЗ.
Область применения

28
С учетом вышеупомянутых негативных воздействий к защите от замыканий на землю предъявляются следующие требования:
• ― защита действует на сигнал в сетях, где допускается работа с повреждением до двух часов;
• ― защита должна действовать без выдержки времени во взрывоопасных и пожароопасных производствах, строительных и некоторых других видах производства;
• ― защита должна удовлетворять требованиям селективности при внешних замыканиях;
• ― в целях упрощения допустимо не устанавливать защиту на электроустановках, удаленных от источников питания, или когда вероятность однофазного замыкания мала;
• ― защита должна чувствовать однофазное замыкание через перемежающуюся дугу;
• ― желательно иметь непрерывность действия защиты, а не только в первый момент времени при перезаряде емкостей сети.

29
Емкостный ток нулевой последовательности, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности, например линии Wn, может быть определен из соотношения:
Ф
n
Cn
Ф
Cn
U
C
j
x
U
j
I

3 3


где U
Ф
― фазное напряжении линии, x
Сn
― емкостное сопротивление линии Wn, С
n
― собственная емкость линии Wn,

― круговая частота.
Этот ток можно найти из справочных данных:
n
УД
C
Cn
l
I
I


,
где l
n
― длина линии W1, I
C,УД
― удельный емкостный ток линии W1.

30
Процессы, протекающие в сети с изолированной нейтралью в
режиме однофазного замыкания на землю (ОЗЗ).

31
При однофазном замыкании в точке З (рис.) на линии Wn токи неповрежденных линий меняют направление на противоположное, но величины остаются такими же, какие были до ОЗЗ. Ток I
Cn
поврежденного присоединения W1 складывается из суммарного тока всех неповрежденных присоединений I
C1
, I
C2
,…I
C(n-1)
, а также части
k
ПОВР
I
Cn
генерируемого емкостного тока поврежденного присоединения от шин до места повреждения:
Рассчитать этот ток ОЗЗ, протекающий через переходное сопротивление дуги, можно по следующему выражению: где r
Д
― сопротивление дуги, x
C0

― суммарное емкостное сопротивление сети; а ток металлического замыкания соответствуют формуле
Cn
ПОВР
n
C
C
C
ПОВР
Cn
I
k
I
I
I
I






)
1
(
2 1
)
(



0
,
3 3
C
Д
СР
Ф
З
jx
r
U
I


0
,
3
C
СР
Ф
З
x
U
j
I

32
Основной особенностью процессов, протекающих в сети с изолированной нейтралью, являются феррорезонансные явления.
• При равенстве сопротивления суммарной индуктивности трансформаторов напряжения и сопротивления суммарной емкости сети на частоте f/2 и f/3 может возникнуть резонанс.
Обычно толчком для феррорезонанса является отключение или включение присоединения или возникновение однофазного замыкания на землю. Во время резонанса напряжение нулевой последовательности может увеличиваться в несколько раз, повреждая при этом трансформатор напряжения. Кроме того, при феррорезонансе ложно срабатывают защиты от замыканий на землю и устройства сигнализации замыканий на землю.
• Поэтому в настоящее время разработаны и используются антирезонансные трансформаторы напряжения (типа НАМИ), предотвращающие такие негативные явления.
Особенности процессов, протекающих в сети с
изолированной нейтралью

33
Расчет сводится к отстройке от собственного емкостного тока нулевой последовательности:
Расчет тока срабатывания защиты от замыканий на землю
Ф
Л
БР
ОТС
З
C
U
C
k
k
I

3
,

где k
ОТС
― коэффициент отстройки; k
ОТС
= 1,1…1,3; k
БР
― коэффициент броска, учитывающий переходный процесс перезаряда емкостей ВЛЭП;
k
БР
= 4…5 ― для защит, не имеющих выдержку времени и не отстроенных от высших гармоник, k
БР
= 2…3 ― для защит, имеющих выдержку времени или отстроенных от высших гармоник.
Коэффициент чувствительности защиты для воздушных
ЛЭП рассчитывается по выражению
5
,
1 3
,
0


З
C
Ч
I
I
k
для кабельных ЛЭП должно выполняться соотношение k
Ч

1,25.

34
Техническое исполнение защиты от замыканий на землю