2. Сети с неэффективным [2-7] заземлением нейтрали, ток ОЗЗ в которых больше емкостных токов сети, однако существенно меньше токов короткого замыкания. Нейтраль сети при этом заземлена через небольшое реактивное или активное сопротивление R (сеть с RC-нейралью).

3. Сети с изолированной и компенсированной нейтралью (соответственно сеть с НЗ-нейтралью и сеть c LC-нейтралью), в которых ток замыкания на землю не превышает суммарного тока, обусловленного активными и емкостными проводимостями фазных проводов и жил электрически связанных частей сети. В России, Украине и ряде других государств применяются распределительные сети 6-35 кВ в режиме естественного и малого тока замыкания на землю. Это сети с НЗ-нейтралью и сети с LC-нейтралью. Они обладают целым рядом преимуществ перед другими способами заземления нейтрали [1-3,6], но, как справедливо сказано в [6], сети с НЗ-нейтралью являются лишь переходной стадией к сетям с LC-нейтралью.

2. Основные преимущества сетей 3-35 кВ с компенсацией емкостных составляющих промышленной частоты

Для сетей с LC-нейтралью характерны следующие показатели.

1. Снижение величины токов замыкания на землю до минимальных значений, которые обусловлены лишь активными потерями в изоляции сети и дугогасящего реактора (ДГР).

2. Благоприятные условия для выравнивания статических зарядов на фазах электрической сети [2-6], что приводит к умеренным перенапряжениям и к значительному снижению аварийности трансформаторов напряжения.

3. Большие постоянные времени восстановления напряжения в месте повреждения фазы после каждого пробоя изоляции, что в 85% случаев ОЗЗ препятствует её повторному зажиганию, обеспечивая тем самым высокий процент самопогасания заземляющих дуг без действия выключателей и отключения потребителей.

4. Исключение неблагоприятного воздействия токов на оборудование сети при приемлемых уровнях перенапряжений.

5. Предотвращение возможностей возникновения перемежающихся электрических дуг при атмосферных явлениях.

6. Облегчение условий работы трубчатых и вентильных разрядников, а также современных ограничителей перенапряжений (ОПН).

7. При достаточно малой (u < 0.05) расстройке резонанса перенапряжения, возникающие при дуговых ОЗЗ, ограничиваются до значений (2,5 - 2,6)Е_m, безопасных для изоляции линий и эксплуатируемого оборудования.

8. Предотвращение набросов реактивной мощности на источники питания при дуговых замыканиях на землю сохраняет качество электроэнергии у потребителей.

9. Условия развития в сети феррорезонансных процессов (в частности, самопроизвольных смещений нейтрали) исключается при учёте несимметрии емкостей фаз сети, возникающей при неполнофазных (НПФ) режимах.

10. Высокая надёжность работы высоковольтных линий обеспечивается без грозозащитного троса.

11. Влияние процессов в сети на линии связи исключается в 85% случаев ОЗЗ и уменьшается их влияние в 15% случаев.

12. Снятие с повестки дня проблемы обеспечения устойчивости работы энергосистемы при замыканиях на землю.

13. Облегчение требований к заземляющим устройствам.

14. Улучшение условий электробезопасности, так как градиенты потенциалов вблизи места повреждения оказываются минимальными.

15. Минимальный недоотпуск электроэнергии потребителям из-за длительной работы (до двух часов [1, 2, 7] и более [8]) сети с ОЗЗ с последующим селективным отключением. Это делают, например, при помощи кратковременного шунтирования ДГР резистором для вывода повреждённого участка в ремонт.

В зависимости от состояния нейтрали в высоковольтных сетях применяются два способа гашения электрической дуги, возникающей в месте ослабленной изоляции [3, 5, 7].
Первый способ основан на отключении места повреждения и восстановлении диэлектрических свойств изоляции за время бестоковой паузы, возникающей, например, при АПВ в сети с изолированной нейтралью.
Второй способ не требует отключения места повреждения и основан на практически мгновенном переключении напряжения с дуги на ДГР в соответствии с законом Кирхгофа. Причём роль переключающего устройства играет именно место дугового пробоя изоляции. В результате на уровне чисто электрических переходных процессов происходит наивысшая по скорости компенсация напряжения на дуговом промежутке и гашение дуги тем успешнее, чем длительнее бестоковая пауза с момента каждого пробоя изоляции. Указанное явление, известное ещё из [3, 6], названо в монографии [8] эффектом самозащиты сети. Это явление имеет место и в сети с плохо настроенным ДГР. При точной же компенсации емкостного тока (резонансное заземление) происходит его наилучшее использование - оптимизация [8]. При этом обеспечивается самопогасание дуги не менее, чем в 85% случаев ОЗЗ, не требующее ни поиска места замыкания , ни ремонта сети. В остальных случаях протекает сравнительно безопасное по отношению к сети с изолированной нейтралью зажигание дуги [1, 3], но уже с предельно низкой частотой следования пробоев.
Отметим попутно, что в сети с резисторным (через 100 Ом) заземлением нейтрали каждый пробой изоляции сопровождается не гашением дуги, а её устойчивым горением в течение всего времени до отключения повреждённого присоединения. Частота пробоев при этом возрастает до нескольких десятков на полупериоде промышленной частоты и вероятность самоликвидации ОЗЗ остаётся наименьшей.
В сетях с компенсацией емкостных токов или, что то же самое, с резонансным заземлением нейтрали не требуется релейная защита от ОЗЗ, действующая на отключение линий, трансформаторов, генераторов, работающих в блочных схемах или непосредственно на распределительную сеть, а также электродвигателей, питающихся непосредственно от сети. В сети достаточно иметь селективную сигнализацию о замыканиях на землю, при которой не происходит нарушение настройки компенсации [5, 6].
Исключением являются лишь сети 3-35 кВ с повышенной опасностью обслуживания оборудования, в которых должно происходить селективное отключение замыканий на землю [6] в тех 15% случаев ОЗЗ, когда замыкание не устраняется без ремонта. Для полной нейтрализации аварийных ситуаций в таких сетях [8] требуется не только компенсация емкостных составляющих, но и компенсация активных составляющих в месте повреждения изоляции.

3. Актуальность резонансного заземления электрических сетей и требования к автокомпенсаторам

В высоковольтных электрических сетях с LC-нейтралью, точнее в сетях с достаточно точной компенсацией емкостного тока, не менее 85% от общего количества ОЗЗ самоликвидируется без какого-либо ущерба для эксплуатации и электроснабжения потребителей [1, 3, 5-7]. Это свидетельствует очевидно о весьма высокой полезности применения сетей с резонансным заземлением нейтрали.
Перечислим требования к одноканальным компенсирующим устройствам, которые обеспечивают автоматическую резонансную настройку [3, 4, 6, 7] контура нулевой последовательности (КНПС).

1. Необходимо обеспечить постоянную готовность ДГР к парированию ОЗЗ путем резонансной настройки КНПС при всех видах возмущений, действующих на сеть (изменение конфигурации сети и погодных условий, старение изоляции и т.д.).

2. При эксплуатации сети в режиме глухого ОЗЗ следует поддерживать минимально возможную величину тока через место повреждения изоляции при любых видах возмущений.

3. При возникновении перемежающейся дуги в месте ОЗЗ необходима непрерывная подстройка ДГР для обеспечения наилучших условий гашения перемежающихся дуг.

4. Реализация пунктов 1-3 повышает требования [6] к точности резонансной настройки КНПС.

5. Всемерное снижение опасностей от ОЗЗ при больших изменениях ёмкости энергосети, возникающих при отключении большого количества потребителей, требует высокого быстродействия резонансной настройки КНПС во всех режимах эксплуатации сети.

6. Для осуществления указанных пунктов необходима асимптотическая (без автоколебаний) устойчивость системы автокомпенсации при всех возможных возмущениях, действующих на систему.

7. Компенсация емкостных токов КНПС во всех режимах работы сети не должна нарушать работоспособности применяемой земляной защиты или сигнализации, если защитное воздействие на сеть автокомпенсации ниже защитного действия земляных защит.

8. Работоспособность систем автокомпенсации должна быть обеспечена в условиях изменения токов естественной несимметрии сети.

9. Необходимо создать условия для предупреждения аварийных ситуаций за счёт профилактической работы в сетях на основе накопления информации о самоликвидирующихся ОЗЗ.

10. Защитное действие системы автокомпенсации должно быть глобальным, т.е. распространяться на все виды электрооборудования сети, а не на отдельные её участки.

11. Опасные шаговые напряжения вблизи места повреждения изоляции сети должны быть минимальными.

12. Необходимо способствовать простой локализации повреждений.

Эффективное решение вышеперечисленных требований возможно лишь при использовании совершенных автоматических систем автокомпенсации с подходящим для этой цели ДГР в сочетании с селективной защитой присоединений.
ДГР должны удовлетворять следующим требованиям [4-7]:

1. Индуктивность L дугогасящего реактора при изменении напряжения нейтрали от 0 до 1,5 Е_m не должна изменяться более, чем на 2%, т.е. должна быть практически линейной.

2. При номинальном напряжении на дугогасящем реакторе токи высших гармоник не должны превышать 1.5 - 2%.

3. Добротность дугогасящих реакторов должна быть не ниже 50.

4. Глубина регулирования (отношение максимального компенсирующего тока к минимальному) должна быть не менее 3 - 5.

5. Регулировочные характеристики должны быть по возможности линейными.

Из всех имеющихся ДГР в настоящее время пока наиболее эффективными и экономичными являются дугогасящие реакторы плунжерного типа [4, 6, 7]. За исключением быстродействия они удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к резонансному заземлению нейтрали.
Селективный поиск повреждённых или повреждающихся присоединений должен быть основан на принципе раздельной фиксации полярностей первых полуволн токов и напряжений нулевой последовательности, возбуждаемых в сети ОЗЗ. Такой тип земляной защиты ПЗЗМ 1 освоен в производстве ООО Внедренческим предприятием "НТБЭ" в г.Екатеринбурге и поставляется по мере спроса. Имеются и другие аппараты аналогичного назначения [9] (Москва) и [10] (Иваново).
Как показал опыт эксплуатации [1, 3, 6-8], всережимная автоматическая компенсация емкостных токов на основе резонансного заземления нейтрали обеспечивает не менее 85% гашения электрических заземляющих дуг, возникающих при однофазных замыканиях на землю.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛАМ 1 - 3

1. Лихачёв Ф.А. Защита от внутренних перенапряжений установок 3-220 кВ. М.-Л.: Энергия,1968. - 192 с.

2. Трухан А. П. Эффективность различных способов заземления нейтрали сетей 6-10 кВ. В кн.: "Режимы нейтрали в электрических системах". Киев: Наукова думка,1974. - с. 43 - 60.

3. Вильгейм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 415 с.

4. Трухан А.П. Автоматическая компенсация токов замыкания на землю в электрических сетях. В кн.: "Компенсация емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях". Киев: Наукова думка, 1968. - с. 5 - 25.

5. Обердорфер Г. Замыкания на землю. Изд. АН СССР, 1953. - 203 с.

6. Лихачёв Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов. М. - Л.: Энергия, 1971. - 152 с.

7. Лихачёв Ф.А. Инструкция по выбору, установке и эксплуатации дугогасящих катушек. М.: Энергия, 1971. - 104 с.

8. Обабков В.К. Синтез адаптивных систем управления резонансными объектами. Киев: Наукова думка, 1993. - 254 с.

9. Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. Релейная защита основанная на котроле переходных процессов. М.: Энергоиздат, 1986. - 248 с.

10. Шуин В.А., Гусенков А.В.. Принципы выполнения и устройства защиты и сигнализации замыкания на землю в компенсированных сетях 6-10 кВ // Релейная защита и автоматика: Тез. докл. научн.-техн. конф. - Москва: РАО и ЦДУ ЕЭС России. 1998.