Оборудование для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ и организации селективной релейной защиты от однофазных замыканий на землю Титенков Сергей Станиславич генеральный директор ООО «Энерган» Санкт-Петербург, наб. Обводного канала, 138 бизнес-центр «Треугольник», офис 212 (812) (812)

Способ заземления нейтрали сети определяет: ток в месте повреждения и перенапряжения на неповрежденных фазах при однофазном замыкании; схему построения релейной защиты от замыканий на землю; уровень изоляции электрооборудования; выбор ОПН для защиты от перенапряжений; бесперебойность электроснабжения; допустимое сопротивление контура заземления подстанции; безопасность персонала и электрооборудования при однофазных замыканиях

Существующие режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ изолированная (незаземленная) ; заземленная через дугогасящий реактор; заземленная через резистор (низкоомный или высокоомный); глухозаземленная (в России не применяется)

изолированная нейтраль заземление через дугогасящий реактор заземление через резистор глухое заземление Существующие режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

«Правила устройства электроустановок» о режиме заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ п ПУЭ, введенных в действие с 1 января 2003 г.: «…работа электрических сетей напряжением 3–35 кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор».

«Правила устройства электроустановок» о компенсации емкостного тока (применении дугогасящих реакторов) Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах: в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ - более 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи: более 30 А при напряжении 3-6 кВ; более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении кВ; в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор- трансформатор – более 5А.

Основной документ по компенсации емкостного тока (применению дугогасящих реакторов) в сетях 6-35 кВ ТИ «Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ»

«Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей» о режиме заземления нейтрали п ПТЭЭСС, введенных в действие с 30 июня 2003 г.: «…В сетях собственных нужд 6 кВ блочных электростанций допускается режим работы с заземлением нейтрали сети через резистор»

Сеть с изолированной нейтралью

Расчет емкостного тока сети 6-35 кВ Оценочные формулы: для КЛ, U в кВ, L в км для ВЛ, U в кВ, L в км Точная формула: гдесуммарная емкость одной фазы сети на землю номинальное линейное напряжение сети

Распределение емкостного тока в сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю

Недостатки сетей с изолированной нейтралью дуговые перенапряжения и пробои изоляции при однофазных замыканиях на землю; возможность возникновения многоместных повреждений изоляции (одновременное повреждение изоляции нескольких фидеров); повреждения ТН (НТМИ, ЗНОЛ, ЗНОМ) при замыканиях на землю сложность обнаружения места повреждения неправильная работа релейных защит от однофазных замыканий на землю опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю Многолетний опыт эксплуатации позволяет говорить о существенных недостатках режима изолированной нейтрали в сетях 6-35 кВ, таких как: В связи с наличием такого количества недостатков режим изолированной нейтрали в сетях 6-35 кВ должен быть исключен, как это сделано в подавляющем большинстве стран Европы, Северной и Южной Америки, Австралии и др.

Режим заземления нейтрали сетей среднего напряжения 3-69 кВ в зарубежных странах В сетях среднего напряжения 3-69 кВ стран Европы, Северной и Южной Америки, Австралии, Азии режим изолированной нейтрали применяется крайне редко (в исключительных случаях). В основном сети среднего напряжения 3-69 кВ работают с нейтралью заземленной через резистор или дугогасящий реактор.

Рекомендуемые к использованию в сетях 6-35 кВ режимы заземления нейтрали Через резистор (высокоомный или низкоомный) Через дугогасящий реактор с шунтирующим низковольтным резистором Режим изолированной нейтрали в сетях 6-35 кВ, как снижающий надежность электроснабжения должен быть полностью исключен!!!

Заземление нейтрали в сети 6-35 кВ через дугогасящий реактор

Сеть с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор

Преимущества сетей с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор В сетях среднего напряжения 3-69 кВ европейских стран (Германия, Чехия, Швейцария, Австрия, Франция, Италия, Румыния, Польша, и др.) широко используется заземление нейтрали через дугогасящий реактор с шунтирующим низковольтным резистором (смотри предыдущий слайд). Такое техническое решение имеет следующие преимущества: отсутствие необходимости в немедленном отключении однофазного замыкания на землю и соответственно потребителя; малый остаточный ток в месте повреждения (не более 1-2А); самоликвидация замыканий (особенно на воздушных линиях); возможность организации селективной автоматически действующей релейной защиты от однофазных замыканий на землю!!! исключение повреждений измерительных ТН из-за феррорезонансных процессов.

Современные дугогасящие реакторы ZTC (ASR) 6-35 кВ с шунтирующим резистором шунтирующий низковольтный резистор SR 500В подключаемый ко вторичной силовой обмотке 500 В реактора трансформатор напряжения

Принципиальная схема дугогасящего реактора ZTC (ASR) с шунтирующим резистором SR D1 D2 N2 M2 M1 N1 k l Измерительные приборы Сеть 6-35 кВ Трансформатор TEGE с соединением обмоток в зигзаг с выведенным нулем Шунтирующий резистор SR Реактор ZTC (ASR) 100 B 500 B D1-D2 главная обмотка реактора соответствующая напряжению сети 6, 10 или 35 кВ M1-N1 измерительная обмотка 100 В реактора M2-N2 вторичная силовая обмотка 500 В реактора Цифровой регулятор REG-DPA

Организация релейной защиты от замыканий на землю в сети 6-35 кВ с дугогасящим реактором При возникновении в сети однофазного замыкания на землю через заданную выдержку времени цифровой регулятор REG- DPA дает команду на включение контактора шунтирующего резистора напряжением 500В, который подключается ко вторичной силовой обмотке реактора 500В (см. рисунок). Подключение шунтирующего резистора на 1-3 секунды создает только в поврежденном фидере активный ток 3I 0 величина которого определяется сопротивлением резистора и может составлять от 5 до 50А. Этого тока достаточно для селективного срабатывания даже обычной токовой защиты от замыканий на землю поврежденного присоединения. В нормальном режиме низковольтный шунтирующий резистор SR отключен и не влияет на точность настройки компенсации. Резистор подключается только на время требуемое для срабатывания защит от замыканий на землю (1-3 сек). Термическая стойкость резистора 60 секунд

Конструкция современных дугогасящих реакторов ZTC (ASR) 6-35 кВ Индуктивность дугогасящего реактора изменяется за счет перемещения подвижного сердечника (плунжера) и соответственно изменения воздушного зазора в магнитной системе

Конструкция современных дугогасящих реакторов ZTC (ASR) 6-35 кВ

Активные части реакторов на сборке

Цифровой регулятор REG-DPA для управления дугогасящими реакторами ZTC (ASR)

Преимущества дугогасящих реакторов ZTC (ASR) 6-35 кВ

Типовая линейка дугогасящих реакторов ZTC (ASR) 6-35 кВ

Дугогасящий реактор ASR 3.2 мощностью 3200 кВА в сети 35 кВ ТЭЦ-11 Иркутскэнерго

Дугогасящие реакторы ZTC (ASR) в Северо-Западном регионе Объект установкиТип реактораКоличество 1Киришская ГРЭС ОГК-6ASR 1.0 мощностью 840 кВА 6 кВ1 2ПС 17 г. Санкт-Петербург, Ленэнерго,ZTC 250 мощностью 480 кВА 6 кВ2 3ПС 145 г. Санкт-Петербург, ЛенэнергоZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ4 4ПС 69 г. Полярные Зори, КолэнергоZTC 50 мощностью 190 кВА 10 кВ2 5ПС 62 «Стрельна» ЛенэнергоZTC 250 мощностью 300 кВА 10 кВ2 6ПС 62 «Стрельна» ЛенэнергоZTC 50 мощностью 190 кВА 6 кВ2 7ПС «Чагода» г.Чагода ВологдаэнергоZTC 250 мощностью 300 кВА 10 кВ2 8ПС «Заягорба» г.Череповец, Вологдаэнерго ZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ4 9ТЭЦ-1 г. Калининград, ЯнтарьэнергоZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ2

Дугогасящие реакторы ZTC (ASR) в Северо-Западном регионе Объект установкиТип реактораКоличество 10ПС «Университетская», г. Калиниград, Янтарьэнерго ZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ2 11ПС «Васильковая» г. Калиниград, Янтарьэнерго, ZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ2 12ПС 222 г.Петродворец, Петродворцовая электросеть ZTC 50 мощностью 190 кВА 6 кВ4 13ПС «Петродворец» г.Петродворец, Петродворцовая электросеть ZTC 50 мощностью 190 кВА 6 кВ4 14ПС «Северная» г. Калиниград, Янтарьэнерго, ZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ2 15ПС «Правобережная» г. Калиниград, Янтарьэнерго, ZTC 250 мощностью 480 кВА 10 кВ2

Выбор мощности дугогасящего реактора и трансформатора для его подключения Q Р =1,25 · I С · U ф I С – емкостный ток сети U ф – фазное напряжение Мощность реактора: Мощность трансформатора для подключения реактора: S Т = Q Р

Современные комбинированные дугогасящие реакторы ASRC 6-35 кВ (трансформатор подключения и реактор в едином баке) трансформатор вывода нейтрали дугогасящий реактор

Современные комбинированные дугогасящие реакторы ASRC 6-35 кВ (трансформатор подключения и реактор в едином баке) Реактор 480 кВА 10 кВ: 1 – бак 2 – вводы 6-35 кВ 3 – заземляемый вывод реактора 4 – выводы вторичной силовой обмотки 500В реактора 5 – выводы измерительной обмотки 100В и встроенного трансформатора тока 6 – шкаф управления 7 – электроконтактный термометр 8 – катки для перемещения

Современные комбинированные дугогасящие реакторы ASRC 6-35 кВ (трансформатор подключения и реактор в едином баке)

Подключение комбинированного реактора ASRC 6-35 кВ к сети

Заземление нейтрали в сети 6-35 кВ через резистор (резистивное заземление нейтрали)

Сеть с нейтралью, заземленной через резистор

Варианты вывода нейтральной точки сети и подключения резистора

Высокоомное и низкоомное резистивное заземление нейтрали Высокоомное резистивное заземление нейтрали это заземление нейтрали через резистор, при котором суммарный ток в месте замыкания (активный ток резистора плюс емкостный ток сети) не превышает 10А. Как правило, однофазное замыкание на землю при таком режиме заземления нейтрали можно не отключать и защиты от замыканий на землю действуют на сигнал. Низкоомное резистивное заземление нейтрали это заземление нейтрали через резистор, при котором суммарный ток в месте замыкания (активный ток резистора плюс емкостный ток сети) превышает 10А. Как правило, суммарный ток однофазного замыкания при этом режиме заземления нейтрали существенно превышает 10А, а именно достигает десятков и сотен ампер, что требует действия защит от замыканий на землю на отключение без выдержки времени (или малой выдержкой).

Выбор тока заземляющего резистора Высокоомное резистивное заземление нейтрали может выполняться только в сетях с емкостным током I C не более 5-7 А при этом активный ток I R, создаваемый резистором, должен быть больше емкостного тока сети:

Ток однофазного замыкания при высокоомном заземлении нейтрали сети 6-35 кВ IRIR ICIC I зам

Выбор тока заземляющего резистора Низкоомное заземление нейтрали может выполняться в сетях с любым емкостным током, при этом активный ток I R, создаваемый резистором, должен быть больше емкостного тока сети. Как правило, активный ток, создаваемый резистором, превышает емкостный ток сети не менее чем в 2 раза. Обычно, ток, создаваемый резистором, лежит в пределах: Выбор тока, создаваемого резистором, при низкоомном заземлении нейтрали является разумным компромиссом между двумя противоположными задачами: повышением чувствительности защит от замыканий на землю за счет увеличения тока однофазного замыкания и ограничением тока в месте повреждения (однофазного замыкания) для снижения объема разрушения оборудования.

Преимущества и недостатки сетей с нейтралью, заземленной через резистор ПреимуществаНедостатки отсутствие необходимости в немедленном отключении однофазного замыкания на землю (только для высокоомного заземления нейтрали); отсутствие дуговых перенапряжений; простая реализация релейной защиты; исключение повреждений измерительных ТН из-за феррорезонансных процессов; уменьшение вероятности поражения персонала и посторонних лиц (при низкоомном заземлении нейтрали и быстром отключении) увеличение тока в месте повреждения; необходимость отключения однофазных замыканий (только для низкоомного заземления нейтрали);

Оборудование для резистивного заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ Резистор NER для заземления нейтрали сети 6 кВ, активное сопротивление 300 Ом, ток 11,5 А длительно Трансформатор вывода нейтрали TEGE0200 мощностью 200 кВА 6 кВ

Резистор NER 4000 Ом для заземления нейтрали в сети 35 кВ (ток 5 А длительно)

Типовая линейка резисторов для заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ

Комплектное устройство NERC для резистивного заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ Комплектное устройство резистивного заземления нейтрали внутренней установки состоит из: трансформатора вывода нейтрали с сухой изоляцией и соединением обмоток в зигзаг с выведенным нулем; резистора 6 или 10 кВ трансформатора тока

Подключение комплектного устройства NERC для резистивного заземления нейтрали к сети 6-10 кВ

Типовая линейка комплектных устройств резистивного заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ

Пример организации релейной защиты от замыканий на землю в сети 6-10 кВ с резистором в нейтрали

Объекты реализации резистивного заземления нейтрали в Северо-Западном регионе Объект установкиТип резистораКоличество 1ПС «Петродворец» г.Петродворец, Петродворцовая электросеть NER номинальное сопротивление 30 Ом, номинальное напряжение 10 кВ, кратковременный ток 200 А (5 сек) 4 2ПС 185 г. Санкт-Петербург, Ленэнерго NER номинальное сопротивление 500 Ом, номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 11,5А (длительно) 4 3ПС «Погорелово» Тотемских электрических сетей Вологдаэнерго, МРСК Северо-Запада NER номинальное сопротивление 4000 Ом, номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 5А (длительно) 1 4ПС 21 «Шуя» г. Петрозаводск, Карелэнерго, МРСК Северо-Запада NER ,5 номинальное сопротивление 3000 Ом, номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 7,8А (длительно) 2

Режим заземления нейтрали - важный вопрос эксплуатации и проектирования Выбор режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ является исключительно важным вопросом при эксплуатации и проектировании сети. От выбора режима заземления нейтрали зависит уровень аварийности в сети, правильная работа защит от замыканий на землю, автоматизация поиска поврежденного фидера и последствия от возникновения однофазных замыканий на землю. Применение в сетях 6-35 кВ современного оборудования заземления нейтрали (дугогасящих реакторов с шунтирующими низковольтными резисторами и высоковольтных резисторов заземления нейтрали) позволяет существенно повысить надежность работы сетей и снизить аварийность при однофазных замыканиях на землю