Повышение надежности работы сетей с изолированной нейтралью при дуговых замыканиях на землю

Аннотация

Тихонов А.С., Лебедев В.К., Сивокобыленко В.Ф. Повышение надежности работы сетей с изолированной нейтралью при дуговых замыканиях на землю Исследуется повышение надежности работы сетей с изолированной нейтралью, в зависимости от величины напряжения сети, при емкостных токах замыкания на землю свыше 10–30 А.

Электрические сети напряжением 6–35 кВ получили широкое распространение и относятся к сетям, работающим с изолированной нейтралью. В условиях сильной изношенности изоляции электрооборудования распределительных сетей, средняя продолжительность эксплуатации которого в подавляющем большинстве случаев значительно превосходит нормативные сроки эксплуатации, а также высокой ответственности их перед потребителями электрической энергии, вопросам повышения надёжности этих сетей постоянно уделяется большое внимание. Установлено, что в сложившейся обстановке пробой изоляции происходит не только при разных видах коммутации, но и при рабочем напряжении в нормальном эксплуатационном режиме, а также при проведении профилактических испытаний электрооборудования, хотя и нормы испытательных напряжений энергопредприятиями снижены в пределах до 3U_ф для кабелей и 2U_ф для электродвигателей. Наиболее частым видом повреждения в этих сетях являются металлические или дуговые однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), которые сопровождаются перенапряжениями, достигающих уровня (3,5–4,0)U_ф; феррорезонансными процессами; переходом ОЗЗ в междуфазные короткие замыкания; повреждениями трансформаторов напряжения и неселективными отключениями потребителей релейной защитой. Поэтому в настоящее время актуальным является разработка способов повышения надежности таких сетей.

Для повышения надежности работы сетей с изолированной нейтралью, в зависимости от величины напряжения сети, при емкостных токах замыкания на землю свыше 10–30 А применяется заземление нейтрали через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов [1]. Для сетей с токами замыкания меньше указанных, в последнее время применяют заземление нейтрали сети через активное сопротивление.

Так, например, в сети собственных нужд (с. н.) 6 кВ тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электрических станций согласно [2] требуется заземление нейтрали сети через низкоомный резистор величиной 100 Ом, который подключается к нейтрали специального трансформатора ТСНЗ–63–10 мощностью 63 кВА. Установка такого резистора согласно [2] увеличивает токи замыкания на землю, что обеспечивает селективную работу релейной защиты, которая действует на отключение поврежденного присоединения. Однако с целью снижения термического действия дуги и повышения термостойкости самого резистора, в [3] рекомендуется применение высокоомных резисторов величиной 1000–2000 Ом, но недостатками таких резисторов является высокая стоимость, громоздкость, конструкционная сложность монтажа и наладки. К положительным сторонам установки резисторов относятся снижение уровня перенапряжений до (2,2–2,5)U_ф, предотвращение возникновения феррорезонансных процессов и повышение четкости действия релейной защиты. Поэтому актуальным является дальнейшее совершенствование способа увеличения активной составляющей тока замыкания на землю, не требующего установки высоковольтных резисторов.

В данной работе предложен способ заземления нейтрали сети собственных нужд 6 кВ электростанций через низковольтный резистор R_H, который подключается к обмоткам низшего напряжения 0,4 кВ специальных однофазных нейтралеобразующих присоединительных трансформаторов (рис. 1)

Параметры нейтралеобразующего трансформатора и низковольтного резистора выбирают в зависимости от требуемого снижения уровня перенапряжений, эффективного предотвращения феррорезонансных процессов и величины дополнительной составляющей активного тока для повышения чувствительности релейной защиты от однофазных замыканий на землю.

Величину низковольтного резистора R_Н при известной величине высоковольтного резистора R_В можно определить из условия равенства поглощаемой в режиме ОЗЗ активной мощности высоковольтным и низковольтным резисторами, т. е.

где K_T – коэффициент трансформации однофазного присоединительного трансформатора; U_ф – фазное напряжение сети; R_В – сопротивления высоковольтного резистора; R_Н – сопротивления низковольтного резистора. На основе анализа схем электроснабжения с. н. наиболее распространённых в Украине блоков мощностью 200 и 300 МВт, где емкостные токи секций не превышают 5 А, можно рекомендовать к установке схему с однофазными присоединительными трансформаторами (рис. 1) с высшим напряжением 6 кВ, низшим – 0,4 кВ. Мощность каждой фазы трансформатора будет составлять порядка 10 кВА, а величина низковольтного резистора порядка 15–30 Ом с номинальным длительным током 20–25 А. Такие резисторы и трансформаторы выпускаются серийно промышленностью. Необходимые исследования осуществлялись с помощью математического моделирования процессов при ОЗЗ. Для моделирования использовалась математическая модель, описанная в [4].

Перечень ссылок

1. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 640с.

2. Циркуляр Ц–01–88. О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС. – М., 1988. –7 с.

3. Евдокунин Г.А., Гудилин С.В., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6–10 кВ. – Электричество, 1988, № 12. – с. 8–22.

4. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Ковязин А.В., Сердюков Р.П. и др. Повышение надежности работы карьерных сетей при однофазных замыканиях на землю // Сб. научн. тр. ДонГТУ (Серия: электротехника и энергетика). – Выпуск 9(158). – Донецк, 2009. – c. 211–220.