Материал: Повышение надежности распределительных сетей напряжением 6кВ Запорожского железорудного комбината на основе ограничения внутренних перенапряжений

В таблице 4.1 представлены параметры заземления нейтрали сети заземляющими резисторами или однофазными трансформаторами для системы электроснабжения ЗЖРК. Результаты представлены для условий длительного режима работы трансформаторов и с учетом их возможной 30% перегрузки.

Значения нагрузочных резисторов для вторичных обмоток заземляющих трансформаторов рассчитываются по формуле

где  - номинальное напряжение сети;  - значение накладываемого на сеть активного тока;  - коэффициент трансформации заземляющего трансформатора.

Параметры и характеристика однофазных трансформаторов

Понижающие однофазные силовые масляные трансформаторы ОМП предназначены для преобразования электроэнергии напряжением 6 или 10кВ обеспечения питания блочно-комплектных устройств катодной защиты магистральных трубопроводов и путепроводов и других потребителей напряжением 220В. Трансформаторы предназначены для внутренней и наружной установки. Переключение ответвлений без возбуждения. Схема и группа соединения обмоток 1/1 - 0.

Однофазные масляные трансформаторы (ОМ), герметичного исполнения (ОМГ), мощностью 0,25 ... 10 кВА, напряжением до 27,5 кВ., предназначены для понижения напряжения в сетях энергосистем, питания аппаратуры сигнализации и автоблокировки железных дорог, а также питания других потребителей электроэнергии в условиях умеренного (от -45°C до +40°С) и холодного (от -60°С до +40°С) климата. Адреса и телефоны представительства завода изготовителя в таблице 4.2

Таблица 4.2

Таблица 4.3 - Технические характеристики трансформаторов ОМП

Таблица 4.4 - Технические характеристики трансформаторов ОМ и ОМГ

Частота - 50 Гц; схема и группа соединения 1/1-0.

Для реализации второго рекомендовано применять резисторы типа РЗ номиналом 50-300 Ом, выпускаемые в г. Запорожье.

Низкоомный резистор для заземления нейтрали

Для ограничения перенапряжений в сетях 3, 6, 10 кВ выпускаются резисторы типа РЗ номиналом 50-300 Ом. Эти резисторы предназначены для установки в шкафах КРУ, длительность их работы в режиме ОЗЗ ограничена и определяется быстродействием релейной защиты.

Наличие многократного резервирования и селективных релейных защит от замыканий на землю позволяет произвести в сети немедленное отключение релейной защитой присоединения с однофазным замыканием на землю, ограничивая тем самым время существования ОЗЗ, являющегося источником опасных перенапряжений. Реализация такого режима работы сети требует "низкоомного" номинала резистора, создающего ток замыкания в десятки и сотни ампер, достаточного для надежной работы релейной защиты. Длительность работы такого резистора в режиме ОЗЗ невелика, что позволяет создать достаточно компактную конструкцию, вписывающуюся в ячейку КРУ.

Универсальность конструкции резистора типа РЗ позволила разработать высоковольтный резистор компактных размеров номиналом 50-300 Ом для комплектации ячеек КРУ на напряжение 3, 6, 10 кВ.

Рисунок 4.4 - Общий вид РЗ-100-6-176

Характеристики резисторов типа РЗ 50, 100 и 150 Ом для установки в шкафах КРУ в сети с номинальным напряжением 3, 6, 10 кВ электрических подстанций и собственных нужд электростанций приведены в таблице. Резисторы состоят из элементов резистора защитного (ЭРЗ), закрепленных в изоляционном каркасе из стеклотекстолита.

Изоляционный каркас устанавливается на опорных изоляторах ИОР-10-750-IIУЛХ в шкафах КРУ К-104М и К-104МС1. Технические и энергетические характеристики резисторов приведены в табл.4.5.

Таблица 4.5 - Технические характеристики

Резистор в данном устройстве является элементом устройства и работает в комплекте с релейной защитой. Кроме того, энергетически резистор в данной конструкции рассчитан на воздействие тока однофазного замыкания на землю 40 А только в течение 1,5 секунд.

По заказу могут быть изготовлены в этих же габаритах резисторы номиналов от 50 до 1500 Ом, резисторы в тропическом исполнении, а также резисторы для сетей 35 кВ.

4.4 Рекомендаций по выбору параметров и работоспособности средств защиты от замыканий на землю

Исследования установившихся и переходных процессов, сопровождающих замыкания на землю в распределительных сетях напряжением 6 кВ, а также исследования работоспособности существующих средств защиты, позволили сформулировать основные причины неудовлетворительной работы и отказов наиболее распространенных средств защиты:

наличие колебательных переходных процессов, сопровождающих появление замыканий на землю (особенно глухих и дуговых) и их отключение (процесс восстановления напряжения сети), является причиной неудовлетворительной работы токовых и направленных устройств защиты, реагирующих токи и напряжения установившегося аварийного режима;

появление феррорезонансных процессов в распределительных сетях, которые устройствами защиты воспринимаются как процессы, сопровождающие замыкания на землю и вызывают ложную работу защитных устройств первой и второй ступеней, а также причиной выхода из строя измерительных трансформаторов напряжения НТМИ;

фазовые и амплитудные искажения параметров нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю, что является причиной несрабатывания направленных устройств защиты;

несоответствие реальных структур схем электроснабжения применяемым средствам защиты от замыканий на землю.

С целью повышения функциональной надежности находящихся в эксплуатации устройств защиты от замыканий на землю разработаны изложенные ниже рекомендации и технические решения для условий распределительных сетей напряжением 6 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью.

. В случае, если распределительная сеть работает с полностью изолированной нейтралью с током однофазного замыкания на землю до 5 А, у всех подключенных к сети измерительных трансформаторов напряжения НТМИ, работающих с заземленной нейтралью, следует дополнительную обмотку, включенную по схеме разомкнутого треугольника, нагрузить активным сопротивлением 25 Ом и мощностью не менее 100 Вт.

. Нейтральные точки первичных обмоток измерительных трансформаторов напряжения НТМИ, у которых не используется по прямому назначению дополнительная (включенная в разомкнутый треугольник) обмотка, необходимо изолировать от земли или соединить с землей через резистор со значением сопротивления примерно 5 кОм и мощностью не менее 1000 Вт (рис.4.5). Такое мероприятие позволит исключить появление и развитие феррорезонансных процессов.

. Один измерительный трансформатор НТМИ при однофазном замыкании на землю создает индуктивную составляющую тока замыкания примерно 0,15 А, которая соответствует емкостной составляющей создаваемой кабелем сечением 95 мм2 и длиной примерно 100 … 115 м или воздушной линией длиной около 10 км. Отсюда видно, что при нескольких НТМИ - 6 подключенных одновременно к распределительной сети могут создаваться условия, когда ток замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью будет иметь индуктивный характер и, следовательно, будут наблюдаться отказы направленных защит. Отключение от земли нейтральной точки большинства из включенных в сеть трансформаторов НТМИ исключает возможность опрокидывания фазы тока замыкания. Тоже достигается, если нейтральные точки НТМИ соединить с землей через указанный в пункте 2 резистор. При этом дополнительная обмотка НТМИ будет работать как фильтр напряжения нулевой последовательности. Ошибка измерения в этом случае составит порядка 20 % (рис.4.6).

Рисунок 4.5 - Схема включения сопротивления в нейтраль трансформатора НТМИ

Рисунок 4.6 - Зависимость вносимой погрешности при измерении U0 от значения резистора в нейтрали НТМИ

4. При использовании в распределительных сетях для защиты от однофазных замыканий на землю направленных устройств защиты, реагирующих на направление мощности нулевой последовательности есть высокая вероятность несрабатывания защит при опасных двойных замыканиях на землю за счет значительных фазовых изменений параметров нулевой последовательности. Для защиты таких сетей от двойных замыканий на землю рекомендуется устанавливать дополнительно токовую защиту, реагирующую на ток нулевой последовательности и действующую на отключение без выдержки времени. Ток срабатывания такой защиты должен выбираться из условия отстройки от бросков максимального тока однофазного замыкания на землю по выражению

где - максимальный (для конкретной распределительной сети) емкостной ток установившегося режима металлического однофазного замыкания на землю.

. Для устройств токовой защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях напряжением 6 кВ ЗЖРК, ток срабатывания защит следует выбирать (при реализации рекомендаций по оптимизации режима работы нейтрали) исходя из условия отстройки от собственного емкостного тока защищаемого присоединения с двойным запасом, если коэффициент чувствительности соответствующей защиты будет также не менее двух, т.е.

 и

Результаты расчета параметров срабатывания защит от однофазных замыканий по распределительным подстанциям системы электроснабжения ЗЖРК представлены в приложении А к отчету.

Выводы по главе 4

1. Заземление нейтрали электрической сети через резонансно настроенную индуктивность или комбинированное заземление нейтрали обеспечивает, по сравнению с сетями с полностью изолированной нейтралью, значительное уменьшение повреждаемости; улучшение условий безопасности при растекании аварийных токов в земле; ограничение перенапряжений возникающих при дуговых замыканиях; уменьшение вероятности развития феррорезонансных процессов.

. Для электрических сетей системы электроснабжения предприятий горной промышленности разработаны рекомендации по оптимизации режима работы нейтрали по критериям надежности и электробезопасности. Предложен для определенных условий так называемый комбинированный режим работы нейтрали, сочетающий практически все достоинства сетей с компенсированной нейтралью (при настройке реактора близко к резонансному режиму) и с резистором в нейтрали.