Рисунок.1 – Однофазное замыкание на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью
Автор: Лаури Кютт, Яан Ярвик
Источник: 8 th International Symposium Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering
Parnu, Estonia, January 1116, 2010
Сети среднего напряжения (MV) в Эстонии работа на уровнях 6, 10, 15, 20 и 35 кВ, часто с изолированный нейтральный режим. Эти изолированные нейтральные сети имеют разные сценарии неисправностей с однофазными замыканиями на землю по сравнению с сетями с заземленный нейтральный. Пересмотр этого метода приносит ответы на вопросы о его возможностях и проблемах, а также вопросы, почему он больше не используется.
Если сеть изолирована нейтрально, это означает, что это сеть не привязана к земле с помощью гальваники подключение. С заземленной нейтралью, каждая ошибка земля приносит значительные токи повреждения нескольких сотни ампер. Изолированная нейтральная конденсаторы, образованные самим проводом и землей. Емкость такого конденсатора мала, однако линии тоже длинные и могут суммироваться довольно высоко значения емкости.
Рисунок.1 – Однофазное замыкание на землю в сети среднего напряжения с изолированной нейтралью
Ток замыкания на землю изолированной нейтральной сети можно оценить по простой формуле
где Vline – линейное напряжение сети (в) кВ, а lnetwork – общая протяженность изолированных нейтральных сетей, соединенных вместе (в км).На графике на рисунке 2 представлена зависимость между сопротивлением замыканию и током замыкания на землю для сети с размахом 100 км.
Рисунок.2 – Ток и напряжение замыкания на землю в зависимости от сопротивления замыкания
Когда происходит замыкание на землю, его ток вызывает довольно высокое напряжение в грунте вокруг места повреждения. Это неизбежная опасность скачка напряжения для людей и животных. Проблема с однофазными замыканиями на землю в сетях с изолированной нейтралью вызвана тем фактом, что замыкание на землю может не обнаруживаться в течение дней или даже более длительных периодов. Даже сегодня в таких сетях довольно сложно обнаружить замыкания на землю с высоким сопротивлением; однако высокое сопротивление по-прежнему означает высокое напряжение в месте замыкания на землю (см. рисунок 2)
Одним из достоинств однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью является возможность устранения неисправностей без отключения сети или линии электропередачи. Это гарантируется использованием соответствующих устройств для защиты сети. Здесь представлены два подхода. Хорошо известным фактом является то, что ток конденсатора может быть сбалансирован с током от индуктивных компонентов, таких как катушки. Компенсирующая катушка, также известная как катушка Петерсена, должна быть подключена к нейтральной точке сети. Катушка, необходимая для компенсации тока замыкания на землю, должна иметь реактивное сопротивление, где xLR – это компенсационное реактивное сопротивление катушки при 50 Гц, а 3xCP-E – общее емкостное реактивное сопротивление сети при 50 Гц (емкостное реактивное сопротивление трехфазных проводов).
Характеристики катушки Петерсена довольно хорошие и могут значительно уменьшить количество отключений . С другой стороны применения катушки Петерсена сети среднего напряжения не являются статичными, и из-за их периодических изменений конфигурации катушку необходимо часто настраивать для поддержания резонанса с током замыкания на землю сети. второй Проблема создается гармоническими токами в сети, которые не компенсируются. Кроме того, катушки Петерсена очень дороги, и поэтому поиск альтернативных возможностей и улучшений системы продолжается.Старый метод заключается в использовании переключателя, который заземлит неисправную фазу (см. Рисунок 4). Таким образом, напряжение на землю этой фазы мгновенно уменьшается до минимума. В то время как большая часть однофазных замыканий на землю самоочищается, снижение напряжения поможет погасить электрическую дугу и затруднит повторный пуск. Метод обеспечит второй и более эффективный токопроводящий путь к земле и таким образом минимизирует прохождение тока в месте повреждения. Последний гарантируется, так как в реальных ситуациях сопротивление замыкания на землю обычно составляет десятки Ом. Путь к земле в подстанции с отличным заземлением будет иметь сопротивление только в диапазоне 2 ... 5. Уменьшение тока в месте повреждения более эффективно, когда защитный выключатель заземляет сопротивление будет еще меньше. Некоторые страны отказались от возможности устранения неисправностей без отключения сети. В таких случаях сеть отключается при обнаружении замыкания на землю
Рисунок. 3 - Заземление неисправной фазы на подстанции и пути тока нагрузки после заземления
Результаты показывают, что если для защиты сети среднего напряжения используется неисправное переключение фазы на землю, напряжение в месте повреждения может превышать пределы безопасности даже в несколько десятков раз. Напряжение в месте повреждения выше в зависимости от расстояния повреждения от подстанции и линейной нагрузки.Результаты также представляют безопасный рабочий диапазон для ошибочного заземления фазы. С учетом нагрузки сети гарантированная безопасная рабочая зона будет находиться менее чем в 1 км от места повреждения. Это означает, что в сети должно быть несколько неисправных точек заземления фазы для обеспечения безопасности. Только одного места переключения в сетевой подстанции явно недостаточно.
ElektraZagreb. Electricity Distribution, 2009 20th International Conference and Exhibition on 8-11 June 2009 Page(s) 1–4.