Компенсированная нейтраль: Компенсированная нейтраль — что это такое?

Содержание

режимы работы, достоинства и недостатки

Сети 6-35 кВ в РФ в основном выполняются с изолированной нейтралью. За счет этого минимизируются токи короткого замыкания на землю. Это повышает надежность работы сети, так как некоторые «земли» самоустраняются. А с другими сеть может работать длительное время, необходимая для поиска места КЗ, его локализации, производства необходимых переключений. В результате можно сохранить работоспособность электрооборудования потребителей, грамотно выводя из строя линию с повреждением, заменив ее резервной.

Малые токи КЗ на землю позволяют занизить и требования к заземляющим устройствам. Наличие всего трех проводов и режимов работы сети со сверхтоками только при междуфазных замыканиях между ними позволяет упростить и устройства РЗА. Достаточно установить два трансформатора тока для регистрации любых замыканий между фазами. Традиционно они ставятся в фазы «А» и «С».

Недостатки сети с изолированной нейтралью.

Но за простоту всегда приходится платить. Сеть с изолированной нейтралью допускает работу с землей на одной фазе длительное время. Но при этом фазные напряжения становятся равны линейным. Это происходит на двух оставшихся без замыкания на землю фазах.

Для того, чтобы электрооборудование выдерживало этот режим, оно изначально рассчитывается на линейное напряжение сети. Но и этого оказывается мало. Всегда существуют участки с ослабленной изоляцией, на которые резкое повышение напряжения может подействовать губительно. Возникает двойное замыкание, ток его возрастает. Нередко в случаях КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью происходят повреждения электрооборудования в местах, достаточно далеких от места КЗ.

Добавим к этому и тот факт, что при замыканиях, происходящих через дугу, регулярно погасающую в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, фазное напряжение возрастает далеко не в корень из трех раз. Оно становится больше линейного. Считается, что в этих случаях напряжение может подскакивать в 2,5 раза, и даже более.

Еще один недостаток, связанный с замыканиями на землю: в трансформаторах напряжения при этом происходят феррорезонансные процессы. Это приводит к выходу их из строя за счет перегрева первичной обмотки резонансными токами, во много раз превышающими номинальный. С этими процессами борются, усложняя конструкцию ТН и их цепей, но стопроцентной защиты пока достичь не удается.

Емкостные токи замыкания на землю.

Но и токи замыкания на землю не всегда бывают такими уж и небольшими. За счет чего они образуются? Ведь очевидного пути для их распространения нет – нейтраль-то изолирована.

Токи утечки на землю в сети с изолированной нейтралью, в отличие от глухозаземленной, носят емкостной характер. Они есть всегда, наибольшая их величина – у кабельных и воздушных линий электропередачи. Поэтому получается, что в эквивалентной схеме трехфазной сети с изолированной нейтралью между каждой из фаз и землей включен конденсатор. Чем больше в сети кабельных линий, тем больше емкость этого конденсатора.

{xtypo_sticky}При КЗ на землю одной из фаз ее емкость выпадает из общей картины. Но в точке замыкания она через землю и эквивалентные емкости соединяется с другими фазами сети. Через эту цепь и протекает ток замыкания, носящий емкостной характер.{/xtypo_sticky}

Ток этот можно рассчитать, и даже измерить. При превышении им определенных значений замыкание уже не будет таким безобидным, его действие будет довольно разрушительным.

Компенсация емкостных токов

При превышении емкостными токами замыкания на землю величин, указанных в таблице, сеть должна быть снабжена установками компенсации.

Установка компенсации емкостных токов состоит из двух элементов. Первый из них – трансформатор, задача которого – выделить из трехфазной сети потенциал нейтрали. Это почти обычный силовой трансформатор, у которого первичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом. Нейтраль звезды соединяется с землей через дугогасящую катушку.

Второе ее название – катушка Петерсона. Она бывает также похожа на силовой трансформатор с маслонаполненным баком, а иногда имеет и другую конструкцию. Но основная ее особенность в том, что ее индуктивность регулируется, плавно или ступенчато.

При отсутствии замыкания ток через катушку минимален. Предварительно ее настраивают в резонанс с общей емкостью сети. На устройствах со ступенчатой регулировкой это выполняется довольно приближенно и грубо. Если суммарное емкостное сопротивление сети больше, чем индуктивное сопротивление катушки, этот режим работы называется недокомпенсацией. Если ситуация противоположная – перекомпенсацией. Режим с перекомпенсацией для электроустановок является предпочтительным.

Но емкостное сопротивление сети постоянно изменяется в зависимости от подключенных к ней кабельных линий. В результате режим установки компенсации требует постоянной корректировки. Наиболее эффективным является применением плавной регулировки индуктивности катушки Петерсона. Он производится за счет изменения зазора в ее магнитопроводе с помощью специального электропривода. За этим следит автоматика.

Помимо основного электрооборудования в состав установки компенсации емкостных токов, входят и вспомогательные элементы. Это трансформатор тока, служащий для измерения тока замыкания на землю, специальная обмотка для выделения 3Uo.

Работа установки компенсации

При замыкании на землю в точку КЗ течет емкостной ток сети. При наличии установки компенсации туда же отправляется и ток через дугогасящую катушку. В точке КЗ они взаимно компенсируют друг друга, снижая или сводя к минимуму ток в поврежденной фазе.

При этом дуговое замыкание при переходе синусоидального напряжения КЗ через ноль гаснет. Для ее повторного зажигания напряжения оказывается недостаточно. Так минимизируются все вредные воздействия замыкания на землю на всю сеть целиком.

Составляющей тока, оставшейся нескомпенсированной, достаточно для срабатывания земляной защиты присоединения. Тем не менее, ее рано вводить на безусловное отключение линии, так как ошибки в действиях защиты все же случаются.

Чтобы сделать работу ОЗЗ максимально эффективной, современные катушки Петерсона содержат в своем составе резистор с заранее рассчитанной величиной сопротивления. В момент замыкания контактором он подключается в цепь катушки на ограниченное время, достаточное для срабатывания защиты. Так нейтраль кратковременно приобретает резистивное заземление.

За счет ввода активной составляющей тока замыкания на землю произойдет отключение только линии, подпитывающей КЗ.

Недостатки сети с компенсированной нейтралью

Основной недостаток, связанный с применением установок компенсации, как ни странно, вытекает из их достоинства. Снижая величину емкостного тока, они минимизируют повреждения в точке КЗ и не дают ему развиться до междуфазного.

Если речь о кабельной линии, то найти потом это повреждение достаточно сложно.

К тому же компенсированная нейтраль не излечивает полностью сети с изолированной нейтралью от их собственных недостатков, описанных выше.

Режимы работы нейтрали трансформатора: разновидности, достоинства и недостатки

В высоковольтных сетях возможны следующие виды заземления нейтрали трансформатора:

изолированная;
компенсированная;
высокоомное резистивное заземление;
низкоомное резистивное заземление;
эффективное заземление нейтрали.

Также возможны комбинации из нескольких способов соединения с землей, реализуемых поочередно в комплексе. Рассмотрим по очереди все эти способы, их достоинства и недостатки и показания к применению.

Изолированная нейтраль

Это некогда еще самый распространенный способ заземления нейтрали, применяемый в сетях 6-35 кВ. Сейчас он понемногу вытесняется другими способами.

Достоинство изолированной нейтрали – наличие небольших токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), с которыми сеть может работать некоторое время, необходимое для поиска и устранения повреждения.

Ток замыкания носит емкостной характер. Он обусловлен наличием емкостной связи между электрооборудованием, кабельными и воздушными линиями и землей. Активная составляющая тока почти отсутствует, так как резистивной связи между нейтралью и землей нет. Но недостатки таких сетей пересиливают ее достоинство.

При достаточной разветвленности сети емкостные токи увеличиваются, так как увеличивается количество одновременно подключенного к ней электрооборудования. Настает момент, когда ток становится настолько ощутимым, что все равно и почти сразу приводит к перерастанию ОЗЗ в междуфазное.

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

К тому же при ОЗЗ резко повышается напряжение на неповрежденных фазах. Особенно это проявляется при замыканиях с перемежающейся дугой, погасающей при прохождении синусоидального напряжения в месте КЗ через ноль. При повторном нарастании напряжения дуга загорается вновь.

При резком погасании дуги осуществляется зарядка емкостей фаз, на которых ОЗЗ нет, до напряжения, выше номинального рабочего. Последующее зажигание дуги дает толчок к их дополнительному заряду и так далее. Результат грозит пробоем изоляции в других местах сети, имеющих ослабленную изоляцию. Дополнительно возникает риск возникновения резонансных явлений в сердечниках трансформаторов напряжения.

Это явление, называемое феррорезонансом, гарантированно выводит из строя их первичные обмотки.

Работу трансформаторов, у которых нейтраль изолирована, целесообразно использовать в неразветвленных сетях малой протяженности.

Компенсированная нейтраль

Большие емкостные токи ОЗЗ приходится снижать. Для этого сеть с изолированной нейтралью дополняется установкой компенсации. В состав ее входит силовой трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду и имеющей вывод нейтрали. Вторичная обмотка его иногда не используется, а может питать какую либо нагрузку.

Нейтраль трансформатора установки компенсации заземляется через дугогасящую катушку (катушку Петерсона), представляющую собой реактор с изменяемой индуктивностью.

Обмотка его находится на магнитопроводе и помещена в бак с маслом, как у обычного трансформатора. Регулировка индуктивности осуществляется либо переключением отводов, либо путем изменения зазора в магнитопроводе. В сетях 35кВ распространен способ подключения катушки непосредственно к нейтрали силового трансформатора. Настройка катушки возможна в резонанс с емкостью сети, но тогда ток ОЗЗ исчезает совсем. Его не зафиксировать стандартными элементами защиты, состоящими из ТТНП и токового реле, реагирующего на ток нулевой последовательности.

Чтобы защита работала, используют режим работы катушки с перекомпенсацией. Но использование компенсированного заземления не избавляет сеть от опасных перенапряжений, не устраняет проблему ферромагнитного резонанса. Оно всего лишь снижает токи ОЗЗ.

Про ферромагнитный резонанс смотрите в видео ниже:

Но и это может обратиться во вред: неразвившееся повреждение в кабельной линии в дальнейшем сложнее найти.

Тем не менее, установки компенсации встраиваются во все разветвленные и протяженные сети 6-35 кВ РФ.

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима. Есть два случая высокоомного заземления:

Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Высокоомным заземление называется потому, что сопротивление резистора выбирается из соображений возможности длительной работы сети с ОЗЗ.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты.

Эффективно заземленная нейтраль

Схемы непосредственного заземления нейтралей трансформаторов используются в сетях 110 кВ и выше.

Главная задача при таком режиме работы – получение сравнительно больших токов ОЗЗ для облегчения их фиксации и отключения релейной защитой. Однако при этом увеличиваются капиталовложения на обустройство контуров заземления, по сравнению с электроустановками, имеющими изолированную нейтраль.

А при питании повреждения от нескольких источников одновременно величина тока КЗ в месте ОЗЗ значительно превышает их величины при междуфазных КЗ.

Для исключения этого недостатка нейтрали трансформаторов, подключенных к линии с нескольких сторон, не соединяют с землей одновременно: соединение выполняется на одном из них. За этим следят оперативные работники, занятые эксплуатацией сетей.

Высоковольтные сети с компенсированной нейтралью — Студопедия

Эти сети также относят к сетям с малым током замыкания на землю (рис. 2.9).

Так как потенциал нейтрали и земли в симметричной системе одинаков, ток в катушку в нормальном режиме не потечет.

Дугогасящая катушка устанавливается в нейтрали для компенсации емкостных токов.

При замыкании на землю фазы С, как и в сети с изолированной нейтралью, напряжение фаз А и В увеличивается в раз (до линейного значения), а напряжение между нейтралью и землей становится равным фазному напряжению. Под действием этой разницы напряжений от места повреждения потечет ток в катушкуи одновременно в емкости фаз А и ВТок в месте замыкания на землю равен сумме токовСопротивление катуш-

ки подбирают таким образом, чтобы индуктивный токпроходящий через катушку, был равен по величине суммарному емкостному току, проходящему через фазовые емкости сети.

Так как индуктивный ток и емкостный направлены противоположно, то они будут компенсировать друг друга, и дуга погаснет (рис. 2.10).

Такая настройка катушки называется резонансной. Практически добиться полной компенсации сложно, и поэтому в месте повреждения всегда имеется остаточный ток (из-за наличия активного сопротивления катушки и сети и неточности настройки катушки)

При таком токе дуга не возникает и нет перенапряжения. В сетях с компенсированной нейтралью вероятность перенапряжений меньше, чем в сетях с изолированной нейтралью. Основной недостаток — требуется усиление изоляции и установка дугогасящей катушки. Преимущества — как и в сети с изолированной нейтралью: при замыкании на землю одной из фаз потребитель не отключается.

Трехфазные сети с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью

Лекция №2. Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

Содержание лекции: особенности режима работы сетей с компенсированной и глухозаземленной нейтралью.

Цель лекции: изучение особенностей режима работы электроустановок с компенсированной и глухозаземленной нейтралью.

В сетях 3-35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_С индуктивный ток реактора I_L,как это показано на рисунке 2.1. Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180⁰, то замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_C=I_L (резонанс), то через замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Рисунок 2.1 — Трехфазная сеть с компенсированной нейтралью

В действительности ток в дуге никогда не будет равен нулю. В месте замыкания будет протекать остаточный ток I_ОСТ, обусловленный активными потерями в катушке, утечками на землю и высшими гармониками. К этому току будет добавляться еще ток расстройки катушки, обусловленный тем, что во время эксплуатации емкость сети не остается постоянной и в зависимости от того, увеличивается или уменьшается длина сети по сравнению с расчетной длиной, сеть может оказаться недокомпенсированной или перекомпенсированной.

Если ток в месте замыкания на землю превзойдет определенную величину, то гашение дуги может оказаться затруднительным и компенсирующее устройство не выполнит своей задачи. Поэтому все компенсирующие устройства должны обеспечивать регулирование индуктивного сопротивления в определенных пределах.

Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения

(2.1)

где n – коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно

можно принять n= 1,25;

I_C – полный ток замыкания на землю, А;

U_Ф – фазное напряжение сети, кВ.

По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом необходимо учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным.

Наиболее распространены реакторы типа РЗДСОМ, мощностью до 1520 кВА на напряжение до 35 кВ с диапазоном регулирования 1:2, конструкция которых приведена на рисунке 2.2 а. Реакторы имеют масляное охлаждение.

Более точно, плавно и автоматически можно производить настройку компенсации в реакторах РЗДПОМ, индуктивность которых изменяется с изменением немагнитного зазора в сердечнике, как это показано на рисунке 2.2. б, или путем подмагничивания стали магнитопровода от источника постоянного тока.

а) тип РЗДСОМ; б) тип РДЗПОМ

Рисунок 2.2 — Устройство дугогасящих реакторов

Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее, чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают обычно вблизи генераторов.

В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой, но не более 6 часов.

Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в раза, т.е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам, эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями.

Наиболее простым, на первый взгляд, представляется не точная настройка гасительного устройства в резонанс с емкостью сети, а наоборот, некоторая преднамеренная расстройка.

Недостаток настройки с недокомпенсацией состоит в том, что при замыканиях на землю получаются значительные смещения нейтрали, при которых в сети могут возникнуть перенапряжения, представляющие не меньшую опасность, чем те, которые являются следствием перемежающейся дуги.

Положительной стороной настройки с перекомпенсацией считают то, что при замыканиях на землю смещение нейтрали не будет превышать фазного напряжения. Этот способ настройки гасительной катушки рекомендуется сейчас в качестве основного.

Более подробные исследования показывают, что оба вида расстройки с точки зрения наибольших смещений нейтрали оказываются почти равноценными, так как при недокомпенсации смещение нейтрали вследствие насыщения стали также будет ограничено пределом фазного напряжения.

Резонансное заземление нейтрали (компенсированная нейтраль) — Студопедия

Данный режим приминяется в сетях среднего напряжения 6-35 кВ, заземление нейтрали происходит через дугогосящий реактор, который присоединен к заземляющему трансформатору. При возникновении однофазного тока короткого замыкания на землю, происходит компенсация емкостного тока индуктивным током реактора, а при точной настройке компенсации происходит резонанс и ток в месте замыкания оказывается равен нулю, или достаточно мал. При этом режиме заземления нейтрали возможны перенапряжения и развитие однофазного короткого замыкания в двухфазное, при неточной отстройке компенсации. С другой стороны отсутствует необходимость в отключении первого замыкания на землю, а также ток в месте замыкания имеет малую величину.

Достоинства	Недостатки
1. Возможность работы сети с ОЗЗ до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента	1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали через ДГР и устройства для автоматического правления настройкой компенсации
2. Уменьшение тока в месте повреждения (при резонансной настройке ДГР остаточный ток содержит только некомпенсируемые активную составляющую и высшие гармоники)	2. Трудности с решением проблемы зашиты и селективной сигнализации ОЗЗ
3. Значительное снижение скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после обрыва дуги тока ОЗЗ.	3. Возможность возникновения прерывистых дуговых ОЗЗ, сопровождающихся перенапряжениями на неповрежденных фазах до 2,5 Ui,max

Высокоомное и низкоомное заземление нейтрали (напряжения 6, 10 кВ).

Резистор может включаться так же, как и реактор, в нейтраль специального заземляющего трансформатора. Возможны и другие варианты включения резистора, когда нейтраль заземляющего трансформатора наглухо присоединяется к контуру заземления, а резистор включается во вторичную обмотку, собранную в разомкнутый треугольник, либо используется однообмоточный трансформатор (фильтр нулевой последовательности) с соединением обмотки ВН в зигзаг типа ФМЗО.

4. Высокая вероятность (с учетом пп. 2 и 3) самогашения дуги и самоликвидации большей части ОЗЗ (при ограниченных значениях остаточного тока в месте повреждения).	4. Увеличение вероятности возникновения дуговых прерывистых 033 и максимальных перенапряжении на неповрежденных фазах до (2,6-3) Uфтах при расстройках компенсации
5. Исключается возможность возникновения дуговых перемежающихся ОЗЗ	5. Возможность (с учетом пп. 3 и 4) вторичных пробоев в точках сети с ослабленной изоляцией
6. Уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению с изолированной нейтралью (до значений 2,5 Щ ном при первом пробое изоляции или дуговых прерывистых ОЗЗ	6. Невозможность скомпенсировать (без использования специальных устройств) в месте повреждения активную составляющую и высшие гармоники
7. Безопасность длительного воздействия перенапряжений в установившемся и переходном режимах ОЗЗ для элементов с нормальной изоляцией.	7. Увеличение (с учетом п. 6) остаточного тока в месте повреждения с ростом суммарного емкостного тока сети Лм
8. Исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети.	8. Ограничения (с учетом п. 7) на развитие сети
9. Уменьшение влияния дуговых ОЗЗ на линии связи	8. Ограничения (с учетом п. 7) на развитие сети

Режим высокоомного заземления нейтрали через резистор

Достоинства	Недостатки
1. Возможность работы сети с ОЗЗ до принятия мер по безаварийному отключению поврежденного элемента (при ограниченных значениях тока замыкания месте повреждения)	1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор
2. Возможность самогашения дуги и самоликвидации части ОЗЗ (при ограниченных значениях тока ОЗЗ в месте повреждения)	2. Увеличение тока в месте повреждения
3. Практически исключается возможность возникновения дуговых перемещающихся ОЗЗ	3. Возможность возникновения прерывистых дуговых ОЗЗ, сопровождающихся перенапряжениями на неповрежденных фазах до 2,5 Ц,.ноч
4. Уменьшение кратности перенапряжений на неповрежденных фазах по сравнению с изолированной нейтралью (до значений 2,5 Ц> ном при первом пробое изоляции или дуговых прерывистых ОЗЗ)	4. Возможность (с учетом п. 3) вторичных пробоев в точках сети с ослабленной изоляцией
5. Безопасность длительного воздействия перенапряжений в переходных режимах ОЗЗ для элементов с нормальной изоляцией	5. Ограничения на развитие сети по величине /с!
6. Практически исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети	6. Утяжеление условий гашения дуги в месте повреждения по сравнению с сетями, работающими с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостного тока ОЗЗ
7. Простое решение проблемы защиты и сигнализации устойчивых ОЗЗ	7. Большая мощность заземляющего резистора (десятки киловатт) и проблемы с обеспечением его термической стойкости при устойчивых ОЗЗ

Режим низкоомного заземления нейтрали через резистор

Достоинства	Недостатки
1. Практически исключается возможность дальнейшего развития повреждения, например, перехода 033 в двойное замыкание на землю или междуфазное КЗ (при быстром отключении поврежденного элемента)	1. Дополнительные затраты на заземление нейтрали сети через резистор
2. Простое решение проблемы защиты от ОЗЗ	2. Невозможность работы сети с ОЗЗ
3. Полностью исключается возможность возникновения дуговых прерывистых ОЗЗ (при достаточном для их подавления значения накладываемого активного тока)	3. Увеличение числа отключений оборудования и линий из-за переходов кратковременных самоустраняющихся (при дуговых режимах заземления нейтрали) пробоев изоляции в полные (завершенные) пробои
4. Уменьшается длительность воздействия на изоляцию элементов сети перенапряжений на неповрежденных фазах в переходных режимах ОЗЗ	4. Возможность увеличения в некоторых случаях объема повреждения оборудования (из-за увеличения тока ОЗЗ)
5. Исключается возможность возникновения феррорезонансных процессов в сети	5. Возможность возникновения дуговых прерывистых ОЗЗ при недостаточно больших значениях накладываемого активного тока
6. Уменьшается вероятность поражения людей или животных током ОЗЗ в месте повреждения	6. Возможность вторичных пробоев в точках с ослабленной изоляцией за счет перенапряжений на неповрежденных фазах (при первом пробое изоляции до 2,5 Uф.номХ ДО отключения защитой поврежденного элемента
	7. Увеличение числа отключений выключателей элементов сети

При глухом заземлении нейтрали замыкание одной фазы на землю является однофазным КЗ, характеризующимся большим током. Напряжение фаз по отношению к земле при этом не выше фазного номинального; исключаются перемежающиеся дуги. Однофазные КЗ отключаются автоматически. Отключение приводит к перерывам в электроснабжении потребителей.

Другим недостатком глухого заземления (глухозаземленной) нейтрали является значительное усложнение и удорожание заземляющих устройств. Последнее связано с тем, что для систем с большим током замыкания на землю ПУЭ допускают максимальное сопротивление заземляющего контура 0,5 Ом, поэтому число заземляющих электродов должно быть значительным. Вследствие значительного тока однофазного КЗ, который может быть больше тока трехфазного КЗ, глухо заземляют не все нейтрали трансформаторов.

Основные достоинства нейтралей свыше 1кВ:

1. Высокая надежность работы электрической сети – до 95 % замыканий на землю простые и не требуют отключения.

2. Простота выполнения, а также экономия на устройствах релейной защиты. Например, допускается не устанавливать трансформатор тока на одну из фаз (обычно фазу В).

3. Невысокие требования к заземляющим устройствам.

Основные недостатки нейтралей свыше 1кВ:

1. Возникновение больших токов короткого замыкания (к.з.) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты

2. Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.

3. Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з.

ТЗНП в сети с компенсированной нейтралью (Страница 1) — Выбор параметров настройки устройств релейной защиты и автоматики — Советы бывалого релейщика

Добрый день, коллеги! Разрешите высказать своё мнение.

1. Защиты основанные на высших гармониках эффективны при большом числе присоединений — тогда возможна отстройка защиты от собственного тока высших гармоник и одновременно суммарный ток будет достаточным для срабатывания. Хорошо в таком случае работают защиты относительного замера токов высших гармоник. Для этого нужны специальные централизованные защиты — одна на всю подстанцию/секцию.

2. Из описания ДГР: «Реакторы имеют вторичную силовую обмотку 500 В (10% мощности реактора), в которую может коммутироваться резистор для создания активной составляющей в поврежденном фидере, что позволяет автоматизировать поиск повреждения.»
Т.е. установка низковольтного резистора возможна в силовую обмотку, что добавляет в ток повреждения активную составляющую. Для выделения такой активной составляющей необходимо использование микропроцессорных терминалов имеющих функцию 67Ns — I0cosPhi или Wattmetric.

3. Установка параллельно ДГР низкоомного высоковольтного резистора — который добавит значительный активный ток, в таком случае достаточно будет простых токовых защит НП. Но! увеличение тока может потребоваться существенное!

4. Наложенные сигналы — через сигнальную обмотку ДГР, или через ТНы. Т.е. потребуется специальный генератор сигналов и специальные защиты. (я из таких знаю только Бреслер НПП — у них есть шкафы актоматики управления реактором совмещенные с терминалом определения поврежденного фидера. Других не знаю. Если знаете — подскажите, тоже интересно будет ознакомиться)

Пункт 2 — применяется зарубежом как основной метод. Я думаю, коллега grsl подтвердит.

по централизованным защитам в инете находил только такие:
Бреслер-0107.080 — по заявлению разработчиков реализует все принципы 1, 2, 3, 4
МКЗЗП-К (ЗАО НОЦ «Эстра» НГТУ) — 1 и 3 точно, 2 — под заказ.
УЦЗ-05 (НИИЭ ЮРГТУ) — из описания только 1
УЗА-10.ЗНЗ (ЗАО «Энергомашвин») — из описания только 1
с последними двумя не общался, и отзывов по работе тоже нету — кто-нибудь с такими защитами работал?

Новый алгоритм защиты фидеров от замыканий на землю для сетей среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью

В статье описан новый алгоритм защиты фидеров от замыканий на землю, применимый для сетей среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью. Предложенный алгоритм обеспечивает хорошую чувствительность защиты и очень высокую селективность даже при таких сложных повреждениях, как перемежающиеся замыкания на землю. Работа нового алгоритма основана на измерении гармонического спектра проводимости замыканий на землю в сочетании с техникой последовательного суммирования векторов (ПСВ). Сначала описана теория и принцип работы алгоритма, а далее преимущества и особенности при различных видах замыканий. Результаты показывают, что новый алгоритм обеспечивает универсальную функцию защиты, которая селективно определяет любые типы замыканий на землю. Кроме того, безопасность и надежность существующих схем защиты могут быть улучшены за счет нового метода, который может быть применен либо для сигнализации, либо для отключения поврежденного присоединения.

Часть 1. Введение

Потребность в качестве и надежности поставок энергии постоянно растет, так как общество становится все более и более зависимым от непрерывного электроснабжения. В целях повышения качества и доступности энергоснабжения, заземление нейтрали в сетях среднего напряжения по всему миру становится более распространенным.

В таких компенсированных сетях, самозатухающий характер дуги при замыканиях является основным фактором, способствующим улучшению качества питания. Компенсация также позволяет продолжить эксплуатацию сети в течение устойчивого короткого замыкания на землю, при условии того, что удовлетворяются условия для опасных перенапряжений, установленных законодательством и нормативными актами.

Хотя компенсация и обеспечивает эксплуатационные преимущества, способы защиты от замыканий на землю становятся более сложными. Основываясь на опыте и глубоком анализа многочисленных записей осциллограмм, замыкания на землю в компенсированных сетях очень часто имеют перемежающуюся характеристику. Это означает, что замыкание самоустраняется очень быстро, но затем постоянно повторяются из-за уменьшения прочности изоляции в месте повреждения. Такие замыкания, как правило, имеют малое сопротивление и должны надежно определяться защитой.

С другой стороны, особенно в смешанных сетях с кабельными и участками воздушных линий, существует возможность возникновения высокоомных замыканий на землю, которые так же должны быть обнаружены устройствами защиты.

Существует большое разнообразие различных методов, применяемых в реле защиты с целью обнаружения и определения замыканий на землю в сетях с компенсированной нейтралью. По принципу действия, методы грубо могут быть классифицированы так:

на основе составляющей основной частоты;
основанные на гармонических составляющих;
основанные на переходных составляющих.

Базируясь на принципе их работы, можно сделать вывод, что применение каждого метода ограничено определенными характеристиками типа короткого замыкания. Методы, основанные на фундаментальных составляющих частоты, как правило, используются для выполнения требований к чувствительности защиты, установленных законодательством.

Они правильно работают в случае, если при замыканиях имеется четкий сигнал основной частоты. Но они могут не работать, если замыкания имеют переходную характеристику или присутствуют сильные искажения гармонического спектра. Применение методов, использующих гармонические составляющие, ограничено из-за того, что содержание гармоник при замыканиях изменяется в зависимости от источников гармоник и может даже зависеть от времени. Методы, использующие переходные компоненты, как правило, включают измерение разрядов при переходных процессах в неповреждённых фазах при замыканиях на землю.

Эти способы могут определять установившиеся низкоомные, также перемежающиеся неустойчивые, замыкания на землю при условии точного определения разрядов. Поскольку переходные процессы сильно зависят от сопротивления замыкания, то чувствительность методов на основе переходных составляющих становится весьма ограниченной. Кроме того, физическое расстояние до места повреждения может ввести значительный демпфирующий эффект на переходные процессы. Такой пример показан на рисунке 1, где видны результаты полевых испытаний, проведенных авторами. Наблюдалось высокое затухание переходных процессов, когда место замыкания было перемещено в конец кабельной линии (примерно в 30 км от подстанции). Кроме того, переходные процессы при переключениях, наложенные на сигналы неисправности могут привести к неправильной работе защиты на основе переходных процессов.

Такая ситуация может возникнуть при включении выключателя на КЗ во время определении места замыкания или же из-за неудачного автоматического повторного включения. И, наконец, при установившихся низкоомных замыканиях на землю, можно определить только начальный переходный процесс, что делает применение методов только по переходным составляющим устаревшим при ручном определении места замыкания и в случае работы защиты на сигнал.

Рис. 1. Затухание переходных процессов при замыканиях в зависимости от места повреждения

Действительно, из-за множества различных типов замыканий на землю, возникающих на практике, обнаружение замыкания на землю и определение направления в сетях с компенсированной нейтралью, являются двумя наиболее сложными и важными задачами, возлагаемыми на реле защиты. Очевидно, что для того, чтобы выполнить требования по чувствительности, надежности и безопасности, различные функции защиты должны быть использованы параллельно, чтобы обеспечить полноценную схему защиты. Такая практика характерна для сегодняшних применений, что требует тщательного выбора и планирования, а также вносит дополнительную сложность в схему защиты.

В этой статье представлен новый алгоритм, который обеспечивает решение описанных выше проблем. Все типы замыканий на землю могут быть селективно обнаружены всего одной функцией. Принципиальное новшество алгоритма состоит в том, что единичные векторы напряжений и токов заменяются накопленными значениями тех же величин при замыкании. Такой процесс суммирования векторов имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами измерения, главным из которых является стабильная работа даже при тех случаях, когда сигналы тока и напряжения нулевой последовательности сильно искажены и содержат составляющие гармоник не промышленной частоты.

Таким образом, этот метод особенно хорошо подходит для сетей с компенсированной нейтралью, где подобные искажения измерений могут возникать довольно часто. Еще одним новшеством алгоритма является измерение и учет гармонических составляющих тока и напряжения при замыканиях на землю. С помощью него проблема искаженных сигналов, с точки зрения защиты, может быть принята, как благоприятная. Чувствительность алгоритма обеспечивается удовлетворением условия превышения напряжения нулевой последовательности U_o>, что для симметричной системы позволяет определять замыкания на землю с сопротивлением величиной в кОм. Практически максимальный предел чувствительности зависит от значения напряжения нулевой последовательности в нормальном режиме которое учитывается при задании условия U_o>.

Еще одно преимущество такого подхода заключается в простоте практической реализация алгоритма в современных устройствах РЗА.

Часть 2. Измерения проводимости по гармоническому спектру

В разделе [1] описан алгоритм, в котором векторы проводимостей по различным гармоникам суммируются к проводимости основной частоты. Результирующий вектор проводимости, используемый для определения направления при замыканиях на землю, выражается в виде выражения:

В уравнении (1) гармоники используются для повышения точности определения направления замыкания, что также справедливо и в случаях более с высоким сопротивлением в месте замыкания на землю, так как всегда учитывается гармоника основной частоты. Источниками гармоник в токах и напряжениях при замыканиях на землю в основном являются:

генерирующая гармоники нагрузка;
намагничивание трансформаторов и дугогасящих реакторов;
тип замыканий.

Гармоники обладают очень ценными свойствами с точки зрения защиты от замыканий на землю, особенно в случае сетей с компенсированной нейтралью. Это происходит от того, что сопротивление дугогасящего реактора для более высоких частот имеет большее значение. При замыкании на землю, векторы проводимостей по гармоническим составляющим для присоединений с повреждением и без направлены, как и в случае изолированной нейтрали, в полностью противоположные стороны, независимо от фактической степени компенсации.

Практическими проблемами для функций защиты на основе гармонического спектра является то, что из-за их природы, гармонические составляющие могут существенно изменяться во времени. Это особенно верно, например, для перемежающихся замыканиях на землю. Все это может привести к некорректной работе защиты, а также затрудняет расчет уставок. Кроме того, так как составляющие высших гармоник в значительной степени зависят от сопротивления в месте повреждения, функции защиты только на основе гармонического спектра применимы только для замыканий на землю с малым сопротивлением. Общая схема защиты от замыканий на землю всегда будет требовать дополнительной функции с целью удовлетворения необходимой чувствительности.

Для решения проблем защиты по основной частоте, гармонических и переходных методов, для защиты от коротких замыканий на землю, а также для стабильной и корректной работы во время перемежающихся и замыканий на землю, новый метод последовательного суммирования векторов (ПСВ) и был представлен авторами. Предложенный способ реализует расчет векторов при помощи дискретного преобразования Фурье (ДПФ), но также обеспечивает точные результаты, когда измеряемые сигналы носят временный характер, сильно искажены или содержат составляющие высших гармоник. Даже переходные короткие замыкания на землю с бросками тока очень короткой продолжительности могут быть точно обнаружены благодаря фильтрации сглаживания до расчета векторов, что увеличивает их продолжительность, и позволяет обнаружить после дискретизации.

Часть 3. Последовательное суммирование векторов (ПСВ)

3.1 Применение метода ПСВ для определения направления

Идея последовательного суммирования векторов (ПСВ) очень проста для понимания и реализации. ПСВ является результатом суммирования комплексных величин измеренных векторов с использованием преобразования Фурье, начиная с времени t_start и заканчивая в момент t_end. Процесс показан на рисунке 2, где суммарный вектор проводимости Y_osum используется для расчета ПСВ определения направления.

Рис. 2. Метод ПСВ (для фидера с замыканием на землю)

При использовании алгоритма ПСВ для измерения проводимости нулевой последовательности справедливо выражение (2):

Время начала и окончания суммирования, а именно t_start и t_end, определяются на основании общего критерия обнаружения замыканий. Как правило таким критерием является условие превышения порога напряжения нулевой последовательности U_o>. Для того, чтобы суммирование векторов продолжалось между импульсами при перемежающихся замыканиях задается уставка времени возврата, которая должна превышать максимальное предположительное время между замыканиями (полученное при условиях полного резонанса). Процесс суммирования должен выполняться в достаточно коротких промежутках, например каждые 2,5 мс (400 Гц), чтобы определить векторы начальных переходных процессов при замыканиях настолько точно, насколько это возможно.

Вектор, рассчитанный методом ПСВ согласно уравнению (2), дает очень точное и стабильное представление о направления замыкания, так как вектор суммы полной проводимости всегда направлен в сторону наибольшего потока электроэнергии, то есть в направлении замыкания. В случае, если в измерениях при замыканиях содержатся гармонические составляющие, направление КЗ становится еще более точным, так как векторы в повреждённых и здоровых фидерах направлены в полностью противоположных направлениях. Как и в случае сети с изолированной нейтралью, независимо от фактической степени компенсации. Этот факт обеспечивает селективную работу защиты, позволяя, например, отключать только повреждённый фидер.

Преимуществом алгоритма ПСВ является то, что он обеспечивает стабильное направление вектора, несмотря на то, что одиночные векторы могут сильно отличаться по величине и фазе во времени из-за неустойчивого типа замыкания, особенно, например, при перемежающихся замыканиях на землю. Это также справедливо и для гармонических составляющих, которые могут сильно зависеть от времени. Для реализации такой функции защиты в реле используется характеристика направленности, показанная на рисунке 3. Такая характеристика обеспечивает универсальное применение как в сетях с компенсированной, так и с изолированной нейтралью (или если ДГР отключен). Характеризующий угол наклона должен отражать погрешность измерений ТТ и ТН — чем больше погрешности измерений, тем больше должна быть уставка угла наклона; установка должна быть. На рисунке 3 изображены следующие векторы:

Вектор 1 отображает направление суммарной проводимости при замыкании на землю за пределами защищаемой линии (при условии, что проводимость защищаемого фидера имеет преимущественно емкостной характер). Результат справедлив независимо от типа замыкания (низкоомные, с большим сопротивлением, устойчивые, перемежающиеся). В случае присутствия гармонических компонентов в измерениях, они повернут вектор в отрицательную сторону оси Im (Y_o).
Вектор 2 отображает направление суммарной проводимости при замыкании на землю на защищаемом фидере для сети с изолированной нейтралью. Результат справедлив также и для сети с скомпенсированной нейтралью при наличии гармонических составляющих в измерениях (как правило, замыкания с малым сопротивлением, устойчивые или перемежающиеся). В этом случае результат справедлив независимо от фактической
Векторы 3 и 4 отображают направление суммарной проводимости при высокоомном замыкании на землю на защищаемом фидере без гармонических составляющих для сети с компенсированной нейтралью. Поскольку гармонические составляющие отсутствуют, фазовый угол суммарного вектора определяется степенью компенсации. При перекомпенсации, вектор поворачивается в сторону оси Im (Y_o) (вектор 4).

Рис. 3. Характеристика направленности вектора проводимости при использовании нового метода ПСВ

3.2 Применение метода ПСВ для определения величины тока

Другой отличительной функцией метода ПСВ является возможность определения величины срабатывания при кратковременных перемежающихся замыканиях, когда измерения нулевых последовательностей сильно искажены. Это достигается путем вычисления соотношения суммарных векторов основной частоты тока и напряжения нулевой последовательности. Результат представляет собой «устойчивую» проводимость нейтрали:

Подробные объяснения результатов измерений для защиты на основе полной проводимости при внешних и внутренних замыканиях можно найти из выражения [1].

Это значение устойчивой проводимости может быть переведено в соответствующий ток путем умножения ее на номинальное фазное напряжение сети [3]:

Величина тока срабатывания, определенная уравнением (4) на практике не зависит от величины сопротивления и типа замыкания (металлическое, низко- или высокоомное). Это показано на рисунке 4, где представлены результаты полевых испытаний, проведенных авторами. Сравниваются три различных типа короткого замыкания на землю (слева направо):

устойчивое КЗ (Rf=0),
перемежающиеся КЗ (Rf=0),
устойчивые КЗ с высоким сопротивлением.

На нижних графиках показаны, рассчитанные методом ПСВ, вещественные составляющие тока срабатывания в сочетании с расчетом проводимости нулевой последовательности основной частоты (уравнение (4)). Можно увидеть, что расчетные величины токов практически совпадают, независимо от типа замыканий и величины сопротивления. В алгоритме резистивная часть тока используется для контроля определения направленности. При замыкании на защищаемом фидере величина ^I₀Cosstab¹ положительна, а значение зависит от величины параллельного резистора в цепи ДГР и потерь в сети. При внешних замыканиях величина ^I₀Cosstab¹ отрицательна, а ее значение соответствует потерям в поврежденном фидере. Тем не менее, из-за погрешностей измерений тока и напряжения, эта величина может оказаться положительной, что необходимо учитывать при расчете и задании уставок.

Рис. 4. Расчет вещественных составляющих тока срабатывания при помощи метода ПСВ

Часть 4. Подтверждение работоспособности

Предложенный алгоритм был активно испытан с записью реальных осциллограмм, представляющих широкий спектр замыканий в сети. Далее алгоритм была проанализирован для типовых замыканий, происходящих в сетях с компенсированной нейтралью. На рисунках ниже показаны фазы вектора Y_osum_{_}_CPS, а также расчетная активная части величины ^I₀Cosstab¹. Граница зоны срабатывания -85° и +95° (угол наклона 5°) отмечена на соответствующих графиках. Для сравнения, на графиках показаны фазы амплитуд сигналов срабатывания при использовании только основной частоты 50 Гц (обозначенный как IoDFT).

4.1 Многократные замыкания на землю

Многократные замыкания являются наиболее распространенным типом замыканий на землю в сетях с компенсированной нейтралью. Они, как правило, имеют широкий спектр частот, и, зачастую, малое сопротивление замыкания. Образуются как результат самозатухающих замыканий, когда время между повторяющимися импульсами может быть от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд. Многократные повторяющиеся замыкания вызывают сильные несинусоидальные искажения сигналов напряжения и тока, при этом стандартные методы защиты на основании промышленной частоты использоваться не могут. На рисунке 5 представлен первый тип повторяющихся многократных замыканий на землю.

В этом случае происходит повторное замыкание с интервалом приблизительно каждые 50 мс. Еще одной проблемой является то, что каждое переходное замыкание содержит высокие частоты и имеет колебательный характер. Такая форма волны является проблемной для защит на основе переходных методов, в частности, основанные на «классическом» сравнении полярностей.

Как видно, новый алгоритм обеспечивает очень точное определение направление замыкания, несмотря на сильные искажения измеряемых сигналов и наличия в них высокочастотных компонентов. Напротив, использование гармонических составляющих обеспечивает полностью противоположное (+90°/-90°) направление векторов в поврежденных и здоровых фидерах, так же, как и в случае незаземленной нейтрали сети, независимо от фактической степени компенсации токов замыкания на землю. Алгоритм также обеспечивает точный расчет активной составляющей для критерия срабатывания, который используется в качестве дополнительного фактора для обеспечения селективного срабатывания защиты.

Рис. 5. Многократные замыкания на землю с присутствием компонентов высоких гармоник

В неповрежденном фидере сигнал блокировки BLK указывает на то, что повреждение находится вне защищаемой зоны. При этом величина фазового сдвига во время использовании стандартного дискретного преобразования Фурье (ДФП) находится на границе зоны срабатывания, что могло бы приводить к неселективным срабатываниям защиты.

На рисунке 6 показан второй тип многократных замыканий на землю. В этом случае замыкание находится в конце длинной кабельной линии на расстоянии 30 км от подстанции. Дополнительная проблемой для этого теста является низкая амплитуда и частота переходных замыканий, которые могут поставить под угрозу правильное функционирование методов, основанных только на переходных процессах. Кроме того, присутствует затухание сигнала из-за значительного расстояния до места замыкания, а также параметров самой линии.

Для стандартного метода ДПФ как величина срабатывания, так и направления очень нестабильны, что приводит к ложной работе защиты. Тем не менее, преимущества нового алгоритма от использования гармонических составляющих обеспечивают очень точное и селективное определение замыканий как по направлению, так и по уровню сигнала срабатывания, при этом все искажения эффективно отфильтровываются.

4.2 Кратковременные дуговые замыкания на землю

Кратковременные замыкания на землю характеризуется одной или несколькими дуговыми замыканиями, которые обладают способностью к самовосстановлению. Для временных замыканий на землю отключение выключателя на питающей подстанции не является необходимым или желательным.

Рис. 6. Многократные замыкания на землю в конце длинного кабельного фидера

На рисунке 7 представлены три различных типа кратковременных замыканий на землю с различными характеристиками. Два первых из них (слева направо) включают в себя начальные переходные высокочастотные сигналы, которые должны быть определены методом на основе переходных процессов. Третий тип замыканий имеет другую характеристику, в основном сигналы основной частоты. Такие типы повреждений не могут быть обнаружены с помощью методов на основе переходных процессов, а требуют использования алгоритмов на основе промышленной частоты.

Несмотря на различные формы кривых и частотный спектр сигналов, корректное обнаружение замыканий может быть получено с помощью нового алгоритма. Селективное обнаружение таких повреждений может быть использовано в целях профилактического обслуживания или для сигнализации постепенного разрушения, или пробоя изоляции. Это дало бы возможность эксплуатационному персоналу локализовать неисправность до того, как она перейдет в более тяжелое повреждение с необходимостью отключения потребителей.

Рис. 7. Три примера кратковременных замыканий на землю на защищаемом фидере

4.3 Устойчивые замыкания на землю

На рисунке 8 представлены примеры устойчивых замыканий на землю на защищаемой линии с тремя различными значениями сопротивления (0, 500 и 5500 Ом соответственно). Как видно, новый алгоритм обеспечивает очень точное определение повреждения, независимо от значения сопротивления.

В случае металлического КЗ на землю (RF=0 Ом), использование гармонических составляющих приводит к тому, что вектор направленности при новом алгоритме ведет себя также, как и в случае незаземленной нейтрали (угол +90°). При больших значениях сопротивления в месте повреждения гармоники подавляются, при этом направление вектора, полученное новым способом, соответствует результатам методов, основанных на базовой частоте.

Важно: так как метод основывается на полной проводимости, то резистивная часть характеристики срабатывания не зависит от величины сопротивления повреждения. В каждом случае уровень срабатывания зависит от значения сопротивления в цепи ДГР и потерь в ней.

Рис. 8. Устойчивые замыкания на землю с сопротивлением 0, 500 и 5500 Ом

Часть 5. Заключение

В статье рассматривался новый и запатентованный алгоритм для защиты от замыканий на землю в сетях среднего напряжения с компенсированной нейтралью. С помощью одной функции можно выполнить комплексное решение для защиты от замыканий на землю. Функция основана на запатентованном методе последовательного суммирования векторов (ПСВ) в сочетании с измерениями проводимости нулевой последовательности по гармоническому спектру. Эффективность работы новой функции была проверена с помощью сотни осциллограмм, полученных из реальных сетей с компенсированной и изолированной нейтралью. Результаты показывают, что алгоритм реализует универсальную функцию защиты, которая селективно обнаруживает все типы замыканий на землю, что значительно повышает общую безопасность и надежность существующих схем защиты.

Перевод: Павел Давиденко, специалист отдела среднего напряжения ООО «АББ Лтд», Украина

Использованные материалы

Wahlroos A., Altonen J., «Compensated networks and admittance based earth-fault protection», seminar «Methods and techniques for earth fault detection, indication and location», arranged by Kaunas University of Technology and Aalto University, 15th February, 2011.
Wahlroos A., Altonen J. et al., «Application of novel cumulative phasor sum measurement for earth-fault protection in compensated MV-networks», CIRED 2013, Stockholm.
Wahlroos A., Altonen J., «Practical application and performance of novel admittance based earth-fault protection in compensated MV networks», CIRED 2011, Frankfurt.

Источник: Ари Вахлрус и Янне Алтонен, специалисты компании ABB (Финляндия)

Адресация защиты от замыканий на землю в компенсированных нейтральных сетях | NOJA Power

Защита от замыканий на землю — это фундаментальный метод защиты в современных распределительных сетях. Учитывая, что примерно 80% сбоев в электроснабжении распределительной сети связано с этим классом сбоев в сети, неудивительно, что значительные исследования и усилия были направлены на решение возникающих проблем. Традиционные методы резистивного или твердого заземления были щедрыми для подачи тока короткого замыкания для срабатывания защиты, но эти схемы сетей выходят из моды вместо более безопасных альтернатив.Популярность схем заземления с компенсированной нейтралью растет, поскольку они обеспечивают более низкую энергию замыкания на месте повреждения и, таким образом, представляют собой более безопасную альтернативу. Недостатком является то, что они уменьшают токи короткого замыкания, которые используются для работы традиционных схем защиты. В последней версии прошивки NOJA Power OSM Recloser производитель распределительного устройства представил новый класс защиты, направленный на обеспечение специфичности и селективности замыкания на землю в условиях уменьшения токов замыкания.

В качестве быстрого ознакомления на рис. 1 показано фундаментальное различие между резистивной и компенсированной нейтралью. Замыкания на землю являются результатом замыкания одной или нескольких фаз на землю. В электричестве ток течет только по замкнутой цепи, и замыкания на землю не являются исключением.

Рисунок 1.1 — Сеть среднего напряжения с резистивным заземлением

Рисунок 1.2 — Сеть с компенсированной нейтралью

В традиционных резистивных или глухозаземленных сетях ток короткого замыкания просто протекает через место повреждения, через землю и обратно через трансформатор звездная точка.Ключевой сложностью здесь является то, что линии электропередач тоже действуют как конденсатор. Проще говоря, линии электропередач изолированы от земли, и эффект поля в линиях электропередач вызывает эффекты тока в земле внизу. Хотя на коротких линиях электропередач этот эффект невелик, он растет линейно с увеличением длины линий. Защита от замыкания на землю обычно достигается путем считывания нейтрального тока или его виртуализации путем суммирования трех фаз. В исправных линиях утечка на землю очень мала, в то время как в традиционных схемах заземления замыкания на землю могут иметь значительную величину.Классические реле замыкания на землю просто работают на этом токе дисбаланса.

Однако эта традиционная схема заземления обеспечивает гораздо больший ток, чем требуется для мест повреждения. Поскольку величина замыкания на землю зависит от импеданса схемы заземления, инженеры изменили эту конструкцию, чтобы уменьшить величину токов замыкания на землю при сохранении безопасных рабочих напряжений.

Простым классическим нововведением стало добавление катушки Петерсена. Поскольку ток замыкания на землю был полностью комбинацией резистивного и емкостного тока, теория гласила, что замыкания на землю можно уменьшить, удалив резистивную землю трансформатора, заменив ее настроенным индуктором.Теоретически, при условии, что индуктивность соответствует емкости линии, ток короткого замыкания будет равен нулю.

На практике это недостижимо, поскольку реальным индукторам присуще собственное реальное сопротивление, и никакая линия не может быть идеально скомпенсирована, но эффект все же впечатляет. Токи замыкания на землю можно снизить до нескольких процентов от того, что можно было бы ожидать для схемы с твердым заземлением, повышая безопасность, но снижая чувствительность. Именно в этой сфере должны быть представлены инновации в схемах защиты.Дополнительным осложнением является последнее добавление схем активной компенсации, в которых компенсация достигается за счет подачи энергии в нейтральную точку трансформатора подстанции для перетаскивания векторов подачи мощности обратно в линию. Эта новая технология более точна, чем классические катушки Петерсена, и обеспечивает еще большее снижение реального тока замыкания на землю.

Основной проблемой при уменьшении токов замыкания на землю является поддержание эффективного обнаружения. Когда токи короткого замыкания настолько малы, соседние фидеры также могут проявлять симптомы замыкания на землю, просто вызванные емкостным эффектом их собственных линий (Рисунок 1-2).Главное — точно определить, какие фидеры имеют «реальный» ток повреждения, а какие — «реактивный / емкостной» ток.

В последней версии микропрограммы контроллера реклоузера OSM NOJA Power компания NOJA Power представила обновления стандартной функции защиты от замыканий на землю, чтобы повысить чувствительность и селективность при проектировании топологий компенсированной нейтральной сети. К этим функциям относятся:

Блокировка и координация срабатывания на основе смещения напряжения нейтрали
Модификации расчета тока нейтрали (методы Io cos and и Io sin)
Изменение рабочего диапазона для характеристического угла реле (RCA) или крутящего момента реле Угол

«Компенсированная нейтральная сеть обеспечивает как преимущества, так и проблемы», — сообщает управляющий директор NOJA Power Group Нил О’Салливан.«Пониженная величина замыкания на землю обеспечивает большую безопасность и помогает снизить риски лесных пожаров, но снижает величину замыкания на землю для срабатывания защиты. Мы ответили на вызовы, которые возникли перед инженерами по защите, добавив новые функции в нашу прошивку версии 1.20 для продуктов RC10 и RC15. Если эта новая функция используется в сочетании с согласованными трансформаторами тока, которые обеспечивают чувствительную защиту от замыканий на землю с уставкой срабатывания до 200 мА, то могут быть разработаны высокочувствительные схемы защиты от замыканий на землю.”

Достижение точной защиты от замыканий на землю — сложная задача в сетях с компенсированной нейтралью, но с встроенным программным обеспечением реле 1.20.0.0 NOJA Power в их системе реклоузера OSM эта проблема больше не является непреодолимой. Добавленные функции позволяют пользователям компенсированных нейтральных сетей с высокой степенью уверенности обнаруживать замыкания на землю, обеспечивая безопасность и надежность для конечного пользователя. Чтобы узнать больше о бесплатном обновлении микропрограммы контроллера реклоузера или присоединиться к группе опытных пользователей NOJA, обратитесь к местному дистрибьютору NOJA или посетите сайт www.nojapower.com.au.

Адресация защиты от замыканий на землю в компенсированных нейтральных сетях | NOJA Power

Рисунок 1.1 — Сеть среднего напряжения с резистивным заземлением

Рисунок 1.2 — Сеть с компенсированной нейтралью

Блокировка и координация срабатывания на основе смещения напряжения нейтрали
Модификации расчета тока нейтрали (методы Io cos and и Io sin)
Изменение рабочего диапазона для характеристического угла реле (RCA) или крутящего момента реле Угол

Влияние методов защиты нейтрального заземления для компенсированных ветро / фотоэлектрических гибридных энергосистем, подключенных к сети

Воздействие ветровой / фотоэлектрической системы, подключенной к сети (GCS), можно разделить на технические, экологические и экономические. Это имеет жизненно важное значение для повышения напряжения в энергосистемах; тем не менее, это имеет некоторые отрицательные эффекты, такие как сопряжение и устранение неисправностей. В данной статье обсуждаются различные методы заземления для защиты от короткого замыкания в высоковольтных энергосистемах.Обсуждается влияние этих методов заземления при различных характеристиках неисправности на ветровые / фотоэлектрические ГКС. Имитационные модели реализованы в альтернативной переходной программе (ATP) версии программы электромагнитных переходных процессов (EMTP). Модели учитывают различные факторы неисправности и методы заземления. Получены результаты для оценки влияния каждого метода заземления на характеристики трехфазного короткого замыкания (SCF), двухфазного замыкания на землю (DLG) и замыкания на одну линию-земля (SLG). Сплошное заземление, заземление через сопротивление и заземление катушки Петерсена сравниваются для различных неисправностей на ветровых / фотоэлектрических ГСУ.Для описания случая неисправности используются переходные формы сигналов перегрузки по току и перенапряжения. Этот документ предназначен в качестве руководства для инженеров по выбору адекватных схем заземления и защиты от замыканий на землю для ВН, для оценки существующих ветряных / фотоэлектрических GCS для минимизации повреждения компонентов системы из-за отказов. В этом исследовании представлен вклад ветряных / фотоэлектрических генераторов и их сравнение только с традиционной системой.

1. Введение

Устойчивые источники энергии (SES) — это разумное использование энергии и использование энергии, полученной из чистых источников и чистых технологий.Большему количеству СЭС требуются новые схемы для улучшения или поддержания качества и стабильности электроэнергии [1]. Сетевой интерфейс с ветряными / фотоэлектрическими фермами повышает надежность системы [2].

SES имеют прямое влияние на интеграцию ветра / фотоэлектрической энергии из-за изменчивых и неопределенных условий скорости ветра, солнечной освещенности и местоположения. Значение SCF — это основная характеристика безопасной и защитной системы. Величина SCF наиболее важна для местоположения соединения с GCS, которое не должно увеличивать расчетное значение [3, 4].Нестабильность распределения тока SCF распределенной генерацией (DG) является существенным ограничением при интеграции DG в обычную систему [5, 6]. Переходные процессы возникают в энергосистеме из-за различных причин, таких как неисправности, замыкание и размыкание переключателя или удары молнии [7, 8]. Внезапное подключение индукционных генераторов (IG) к шинам приводит к изменению переходного тока, что также влияет на качество электроэнергии [9].

Заземленные системы имеют много преимуществ по сравнению с незаземленными системами [10–12].Методы заземления имеют небольшое влияние, когда система работает в нормальном режиме, но становятся эффективными и значительными, когда происходит отказ воздушной линии (ВЛ). Подходящее решение для заземления достигается путем расчетов и моделирования системы в аварийном состоянии [13]. Резонансная опора заземления гасила дугу короткого замыкания в ВЛ примерно в 80% временных замыканий на землю [14].

Многие исследователи ранее обсуждали различные типы заземления нейтрали, неисправности SLG, а также поиск и обнаружение неисправностей в обычных системах среднего или высокого напряжения, таких как Al-Zyoud et al.которые работали над иорданскими распределительными системами среднего напряжения (DS), используя различные методы заземления. Обсуждается влияние этих методов заземления на короткое замыкание SLG [13]. Иаков Ан

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях:

Введение:

Раньше системы электроснабжения в основном нейтрали были незаземленными, поскольку первое замыкание на землю не требовало отключения системы. Незапланированный останов при первом замыкании на землю был особенно нежелателен для производств с непрерывным производством. Для этих энергосистем требовались системы обнаружения заземления, но часто было сложно определить место неисправности.Несмотря на достижение первоначальной цели, незаземленная система не обеспечивала контроль переходных перенапряжений.
В типичной распределительной системе между проводниками системы и землей существует емкостная связь. В результате, эта последовательная резонансная цепь L-C может создавать перенапряжения, значительно превышающие линейное напряжение, когда подвергается повторяющимся повторным ударам одной фазы на землю. Это, в свою очередь, сокращает срок службы изоляции, что может привести к отказу оборудования.
Системы заземления нейтрали похожи на предохранители в том, что они ничего не делают, пока что-то в системе не выйдет из строя.Затем они, как предохранители, защищают персонал и оборудование от повреждений. Повреждение возникает из-за двух факторов: как долго длится короткое замыкание и насколько велик ток замыкания. Реле заземления отключают выключатели и ограничивают продолжительность короткого замыкания, а резисторы заземления нейтрали ограничивают величину тока замыкания.

Важность заземления нейтрали:

Существует множество вариантов заземления нейтрали для энергосистем низкого и среднего напряжения. Нейтральные точки трансформаторов, генераторов и вращающегося оборудования относительно сети заземления обеспечивают опорную точку нулевого вольт.Эта защитная мера имеет много преимуществ по сравнению с незаземленной системой, например,

Пониженная величина переходных перенапряжений
Упрощенное определение места замыкания на землю
Улучшенная защита системы и оборудования от неисправностей
Сокращение времени и затрат на техническое обслуживание
Повышенная безопасность персонала
Улучшенная молниезащита
Снижение частоты неисправностей.

Метод заземления нейтрали:

Существует пять методов заземления нейтрали.

Незаземленная нейтральная система
Система с твердым заземлением нейтрали.
Система резистивного заземления нейтрали. Резонансная система заземления нейтрали.
Заземление с низким сопротивлением.
Заземление с высоким сопротивлением.
Система резонансного заземления.
Заземление Заземление трансформатора.

(1) Незаземленные нейтральные системы:

В незаземленной системе нет внутренней связи между проводниками и землей.Однако в системе существует емкостная связь между проводниками системы и соседними заземленными поверхностями. Следовательно, «незаземленная система», в действительности, является «емкостной заземленной системой» в силу распределенной емкости.
В нормальных рабочих условиях эта распределенная емкость не вызывает проблем. Фактически, это выгодно, потому что оно фактически устанавливает нейтральную точку для системы; В результате фазные проводники подвергаются напряжению только между фазой и нейтралью над землей.
Но проблемы могут возникнуть в условиях замыкания на землю. Замыкание на землю в одной линии приводит к появлению полного линейного напряжения во всей системе. Таким образом, на всей изоляции системы присутствует напряжение в 1,73 раза превышающее нормальное. Эта ситуация часто может вызывать отказы старых двигателей и трансформаторов из-за пробоя изоляции.

После первого замыкания на землю, если предположить, что оно остается единичным, схема может продолжать работу, позволяя продолжить производство до тех пор, пока не будет запланировано удобное отключение для обслуживания.

Взаимодействие между неисправной системой и ее распределенной емкостью может вызвать переходные перенапряжения (в несколько раз нормальные), возникающие при переходе от линии к земле во время нормального переключения цепи, имеющей короткое замыкание на землю (короткое замыкание). Эти перенапряжения могут вызвать нарушения изоляции в точках, отличных от первоначального повреждения.
Вторая ошибка на другой фазе может произойти до того, как будет устранена первая ошибка. Это может привести к очень высоким линейным токам замыкания, повреждению оборудования и разрыву обеих цепей.
Стоимость повреждения оборудования.
Complicate для поиска неисправностей, включая утомительный процесс проб и ошибок: сначала изолировать правильный фидер, затем ответвление и, наконец, неисправное оборудование. Результат — излишне длительные и дорогостоящие простои.

(2) Системы с глухозаземленной нейтралью:

Системы с глухим заземлением обычно используются в системах с низким напряжением 600 В или меньше.
В системе с глухим заземлением нейтраль соединена с землей.
Solidly Neutral Grounding немного снижает проблему переходных перенапряжений, обнаруживаемых в незаземленной системе, а предусмотренный путь для тока замыкания на землю находится в диапазоне от 25 до 100% от тока трехфазного замыкания системы. Однако, если реактивное сопротивление генератора или трансформатора слишком велико, проблема переходных перенапряжений не будет решена.
Хотя системы с глухим заземлением являются усовершенствованием по сравнению с незаземленными системами и ускоряют обнаружение неисправностей, им не хватает способности ограничения тока резистивного заземления и дополнительной защиты, которую оно обеспечивает.
Для поддержания работоспособности и безопасности системы нейтраль трансформатора заземлена, а заземляющий провод должен проходить от источника до самой дальней точки системы в пределах той же кабелепровода или кабелепровода. Его цель состоит в том, чтобы поддерживать очень низкий импеданс к замыканиям на землю, чтобы протекать относительно высокий ток короткого замыкания, таким образом гарантируя, что автоматические выключатели или предохранители быстро устранят повреждение и, следовательно, минимизируют повреждения. Это также значительно снижает опасность поражения персонала электрическим током.

Если система не имеет прочного заземления, нейтральная точка системы будет «плавать» по отношению к земле в зависимости от нагрузки, подвергая нагрузки между фазой и нейтралью несимметрии напряжения и нестабильность.
Ток однофазного замыкания на землю в системе с глухим заземлением может превышать ток трехфазного замыкания. Величина тока зависит от места повреждения и сопротивления замыкания. Один из способов уменьшить ток замыкания на землю — оставить нейтраль трансформатора незаземленной.
Преимущество:

Основным преимуществом систем с глухим заземлением является низкое перенапряжение, что делает конструкцию заземления распространенной при высоких уровнях напряжения (ВН).

Эта система включает в себя все недостатки и опасности высокого тока замыкания на землю: максимальное повреждение и помехи.
Нет непрерывности обслуживания неисправного фидера.
Опасность для персонала во время неисправности высока, поскольку создаваемое напряжение прикосновения велико.

Распределенный нейтральный провод.
3 фазы + нейтраль.
Использование нейтрального проводника в качестве защитного проводника с систематическим заземлением на каждом полюсе передачи.
Используется при низкой мощности короткого замыкания источника.

(3) Системы с заземлением через сопротивление:

Резистивное заземление уже много лет используется в трехфазных промышленных устройствах и решает многие проблемы, связанные с глухозаземленными и незаземленными системами.
Resistance Grounding Systems ограничивает токи междуфазных замыканий на землю. Причины ограничения тока замыкания между фазой и землей путем заземления сопротивления:

Для уменьшения эффектов горения и плавления в неисправном электрическом оборудовании, таком как распределительное устройство, трансформаторы, кабели и вращающиеся машины.
Для снижения механических напряжений в цепях / оборудовании, несущем токи повреждения.
Для снижения опасности поражения персонала электрическим током из-за случайного замыкания на землю.
Для уменьшения опасности возникновения дуги или вспышки.
Для уменьшения кратковременного провала сетевого напряжения.
Для одновременного контроля переходных перенапряжений.
Для улучшения обнаружения замыкания на землю в энергосистеме.

Заземляющие резисторы обычно подключаются между землей и нейтралью трансформаторов, генераторов и заземляющих трансформаторов , чтобы ограничить максимальный ток короткого замыкания в соответствии с Законом Ом до значения, которое не повредит оборудование в энергосистеме и обеспечит достаточный поток ток короткого замыкания для обнаружения и срабатывания реле защиты от земли для устранения замыкания.Хотя можно ограничить токи короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с высоким сопротивлением, токи короткого замыкания на землю можно значительно снизить. В результате устройства защиты могут не распознавать неисправность.
Таким образом, это наиболее распространенное приложение для ограничения однофазных токов короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с низким сопротивлением приблизительно до номинального тока трансформатора и / или генератора.
Кроме того, ограничение токов короткого замыкания до заранее определенных максимальных значений позволяет проектировщику выборочно координировать работу защитных устройств, что сводит к минимуму нарушение работы системы и позволяет быстро локализовать место замыкания.
Существует две категории резистивного заземления:

(1) Заземление с низким сопротивлением.

(2) Заземление с высоким сопротивлением.

Ток замыкания на землю, протекающий через резистор любого типа, когда однофазное замыкание на землю увеличивает межфазное напряжение двух оставшихся фаз. В результате номинальные характеристики изоляции проводов и ограничителя перенапряжения должны основываться на межфазном напряжении . Это временное увеличение напряжения между фазой и землей также следует учитывать при выборе двух- и трехполюсных выключателей, установленных в заземленных через сопротивление низковольтных системах.
Повышение напряжения между фазой и землей, связанное с токами замыкания на землю, также препятствует подключению нагрузок между фазой и нейтралью непосредственно к системе. Если присутствуют нагрузки между фазой и нейтралью (например, освещение 277 В), они должны обслуживаться системой с глухим заземлением. Это может быть достигнуто с помощью изолирующего трансформатора, который имеет трехфазную первичную обмотку треугольником и трехфазную четырехпроводную вторичную обмотку звезды

Ни одна из этих систем заземления (с низким или высоким сопротивлением) не снижает опасность возникновения дугового разряда, связанного с межфазными замыканиями, но обе системы значительно снижают или практически исключают опасность возникновения дугового разряда, связанного с замыканиями на землю.Оба типа систем заземления ограничивают механические нагрузки и уменьшают тепловые повреждения электрического оборудования, цепей и аппаратов, по которым проходит ток короткого замыкания.
Разница между заземлением с низким сопротивлением и заземлением с высоким сопротивлением зависит от восприятия и, следовательно, не имеет четкого определения. Вообще говоря, заземление с высоким сопротивлением относится к системе, в которой сквозной ток NGR составляет менее 50-100 А. Заземление с низким сопротивлением означает, что ток NGR будет выше 100 А.
Лучшее различие между двумя уровнями — только тревога и отключение. Система только для сигнализации продолжает работать с одним замыканием на землю в системе в течение неопределенного времени. В системе отключения замыкание на землю автоматически устраняется с помощью защитных реле и устройств отключения цепи. Системы только сигнализации обычно ограничивают ток NGR до 10 А или меньше.
Рейтинг резистора заземления нейтрали:

1. Напряжение: линейное напряжение системы, к которой он подключен.
2. Начальный ток: начальный ток, который будет протекать через резистор при приложенном номинальном напряжении.
3. Время: «Время включения», в течение которого резистор может работать без превышения допустимого повышения температуры.

(A). Низкое сопротивление, заземленное:

Заземление с низким сопротивлением используется для больших электрических систем, где требуются большие инвестиции в капитальное оборудование или длительный отказ оборудования имеет значительные экономические последствия, и он обычно не используется в системах низкого напряжения, поскольку ограниченный ток замыкания на землю слишком велик. низкий для надежной работы автоматических расцепителей или предохранителей.Это затрудняет достижение избирательности системы. Кроме того, системы с заземлением с низким сопротивлением не подходят для 4-проводных нагрузок и, следовательно, не используются на коммерческих рынках.
Резистор подключается от нейтральной точки системы к земле и обычно рассчитан на пропускание только 200A до 1200 ампер тока замыкания на землю. Должен протекать достаточный ток, чтобы защитные устройства могли обнаружить неисправную цепь и отключить ее, но не настолько большой, чтобы вызвать серьезное повреждение в точке повреждения.

Поскольку полное сопротивление заземления представляет собой сопротивление, любые переходные перенапряжения быстро гасятся, и все явления переходных перенапряжений больше не применяются. Хотя теоретически возможно применение в системах с низким напряжением (например, 480 В), значительная часть напряжения системы падает на заземляющий резистор, но на дуге недостаточно напряжения, заставляющего протекать ток, для надежного обнаружения неисправности. По этой причине низкоомное заземление не используется для низковольтных систем (ниже 1000 вольт между фазами).
Преимущества:

Ограничивает межфазные токи до 200-400 А.
Снижает ток дуги и, в некоторой степени, ограничивает опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
Может ограничить механическое повреждение и термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.

Не препятствует работе сверхтоковых устройств.
Не требует системы обнаружения замыкания на землю.
Может использоваться в системах среднего и высокого напряжения.
Изоляция проводов и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.

Используется: До 400 ампер в течение 10 секунд обычно используются в системах среднего напряжения.

(B) .Заземление с высоким сопротивлением:

Заземление с высоким сопротивлением почти идентично заземлению с низким сопротивлением, за исключением того, что величина тока замыкания на землю обычно ограничивается 10 ампер или менее .Заземление с высоким сопротивлением выполняет две задачи.
Во-первых, величина тока замыкания на землю достаточно мала, например, , чтобы в точке повреждения не было нанесено заметных повреждений. Это означает, что неисправная цепь не должна отключаться от сети при первом возникновении неисправности. Означает, что если неисправность действительно возникает, мы не знаем, где она находится. В этом отношении он работает как незаземленная система.
Во-вторых, он может контролировать явление переходного перенапряжения , которое присутствует в незаземленных системах, если оно спроектировано должным образом.
В условиях замыкания на землю сопротивление должно преобладать над зарядной емкостью системы, но не до такой степени, чтобы пропускать чрезмерный ток и тем самым исключать непрерывную работу.

Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) ограничивают ток короткого замыкания, когда одна фаза системы замыкается или замыкается на землю, но на более низком уровне, чем системы с низким сопротивлением.
В случае замыкания на землю, HRG обычно ограничивает ток до 5-10А.
HRG рассчитаны на длительный ток, поэтому описание конкретного устройства не включает временной рейтинг. В отличие от NGR, ток замыкания на землю, протекающий через HRG, обычно не имеет значительной величины, чтобы привести к срабатыванию устройства защиты от сверхтока. Поскольку ток замыкания на землю не прерывается, необходимо установить систему обнаружения замыкания на землю.
Эти системы включают байпасный контактор, подключенный к части резистора, которая пульсирует (периодически размыкается и замыкается).Когда контактор разомкнут, ток замыкания на землю протекает через весь резистор. Когда контактор замкнут, часть резистора обходится, что приводит к немного меньшему сопротивлению и немного большему току замыкания на землю.
Во избежание переходных перенапряжений резистор HRG должен быть такого размера, чтобы величина тока замыкания на землю , которую устройство допускает протекание, превышала ток зарядки электрической системы. Как показывает практика, зарядный ток оценивается в 1 А на 2000 кВА емкости системы для низковольтных систем и 2 А на 2000 кВА емкости системы при 4.16кВ.
Эти расчетные зарядные токи увеличиваются при наличии ограничителей перенапряжения. Каждый набор ограничителей, установленных в системе низкого напряжения, дает примерно 0,5 А дополнительного зарядного тока, а каждый набор ограничителей, установленных в системе 4,16 кВ, добавляет 1,5 А дополнительного зарядного тока.
Система мощностью 3000 кВА при напряжении 480 В будет иметь расчетный ток зарядки 1,5 А. Добавьте один комплект ограничителей перенапряжения, и общий ток зарядки увеличится на 0.От 5А до 2,0А. В этой системе можно использовать стандартный резистор на 5 А. Большинство производителей резисторов публикуют подробные оценочные таблицы, которые можно использовать для более точной оценки зарядного тока электрической системы.
Преимущества:

Позволяет обнаруживать повреждения с высоким сопротивлением в системах со слабым емкостным подключением к земле
Некоторые замыкания на землю устраняются автоматически.
Можно выбрать сопротивление нейтральной точки, чтобы ограничить возможные переходные перенапряжения до 2.В 5 раз больше максимального напряжения основной частоты.
Ограничивает межфазные токи до 5-10А.
Снижает ток дуги и существенно устраняет опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
Устранит механическое повреждение и может ограничить термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.
Предотвращает работу устройств перегрузки по току до тех пор, пока неисправность не будет обнаружена (когда только одна фаза замыкается на землю).
Может использоваться в системах низкого или среднего напряжения до 5 кВ. Стандарт IEEE 141-1993 гласит, что «заземление с высоким сопротивлением должно быть ограничено системами класса 5 кВ или ниже с зарядными токами около 5,5 А или меньше и не должно применяться к системам 15 кВ, если не используется надлежащее реле заземления».
Изоляция проводов и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.

Создает сильные токи замыкания на землю в сочетании с сильным или умеренным емкостным подключением к земле.
Требуется система обнаружения замыкания на землю для уведомления инженера объекта о возникновении замыкания на землю.

(4) Система с резонансным заземлением:

Добавление индуктивного реактивного сопротивления от нейтральной точки системы к земле — это простой метод ограничения доступного замыкания на землю от максимальной емкости трехфазного короткого замыкания (тысячи ампер) до относительно низкого значения (от 200 до 800 ампер).
Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме можно подключить реактор с нейтралью между нейтралью трансформатора и системой заземления станции.
Система, в которой хотя бы одна нейтраль подключена к земле через

Индуктивное реактивное сопротивление.
Катушка Петерсена / Дугогасящая катушка / нейтрализатор замыкания на землю.

Ток, генерируемый реактивным сопротивлением во время замыкания на землю, приблизительно компенсирует емкостную составляющую однофазного тока замыкания на землю, называется системой с резонансным заземлением.
Система редко когда-либо точно настраивается, т. Е. Реактивный ток не в точности равен емкостному току замыкания на землю системы.
Система, в которой индуктивный ток немного больше, чем ток емкостного замыкания на землю, чрезмерно компенсируется. Система, в которой индуцированный ток замыкания на землю немного меньше, чем ток емкостного замыкания на землю, не компенсируется

Однако опыт показал, что это индуктивное реактивное сопротивление относительно земли резонирует с шунтирующей емкостью системы на землю в условиях дугового замыкания на землю и создает в системе очень высокие переходные перенапряжения.
Для контроля переходных перенапряжений конструкция должна допускать протекание не менее 60% тока трехфазного короткого замыкания в условиях подземного замыкания.
Пример. Заземляющий реактор на 6000 А для системы, имеющей мощность трехфазного короткого замыкания 10000 А. Из-за большой величины тока замыкания на землю, необходимого для контроля переходных перенапряжений, индуктивное заземление редко используется в промышленности.
Катушки Петерсена:
Катушка Петерсена подключается между нейтральной точкой системы и землей и рассчитана таким образом, что емкостной ток при замыкании на землю компенсируется индуктивным током, проходящим через катушку Петерсена .Небольшой остаточный ток останется, но он настолько мал, что любая дуга между поврежденной фазой и землей не будет поддерживаться, и повреждение погаснет. Незначительные замыкания на землю, такие как сломанный штыревой изолятор, могут сохраняться в системе без прерывания питания. Кратковременные неисправности не приведут к перебоям в подаче электроэнергии.
Хотя стандартная «катушка Петерсона» не компенсирует весь ток замыкания на землю в сети из-за наличия резистивных потерь в линиях и катушке, теперь можно применить «компенсацию остаточного тока», подав дополнительные 180 ° наружу. фазного тока в нейтраль через катушку Петерсона.Таким образом, ток короткого замыкания снижается практически до нуля. Такие системы известны как «Резонансное заземление с компенсацией остатка» и могут рассматриваться как частный случай реактивного заземления.
Резонансное заземление может снизить EPR до безопасного уровня. Это связано с тем, что катушка Петерсена часто может эффективно действовать как высокоимпедансный NER, который существенно снижает любые токи замыкания на землю и, следовательно, также любые соответствующие опасности ЭПР (например, напряжения прикосновения, ступенчатые напряжения и передаваемые напряжения, включая любые опасности ЭПР, воздействующие на близлежащие участки). телекоммуникационные сети).
Преимущества:

Малый реактивный ток замыкания на землю не зависит от емкости системы между фазой и землей.
Позволяет обнаруживать повреждения с высоким сопротивлением.

Риск обширных активных потерь при замыкании на землю.
Связанные с высокими затратами.

(5) Трансформаторы заземления:

Для случаев, когда нет нейтральной точки для заземления нейтрали (например,г. для обмотки треугольником) может использоваться заземляющий трансформатор для обеспечения обратного пути для токов однофазного замыкания

В таких случаях импеданса заземляющего трансформатора может быть достаточно, чтобы действовать как эффективное полное сопротивление заземления. При необходимости можно последовательно добавить дополнительный импеданс. Для заземления обмоток треугольником иногда используется специальный «зигзагообразный» трансформатор, чтобы обеспечить низкий импеданс нулевой последовательности и высокий импеданс прямой и обратной последовательности для токов короткого замыкания.

Заключение:

Системы резистивного заземления имеют много преимуществ перед системами с глухим заземлением, включая снижение опасности возникновения дугового разряда, ограничение механических и тепловых повреждений, связанных с повреждениями, и контроль переходных процессов перенапряжения.
Системы заземления с высоким сопротивлением также могут использоваться для поддержания непрерывности работы и помощи в обнаружении источника неисправности.
При проектировании системы с резисторами инженер-проектировщик / инженер-консультант должен учитывать особые требования к номинальным характеристикам изоляции проводов, номинальным характеристикам ограничителя перенапряжения, номинальным характеристикам однополюсного выключателя и способу обслуживания нагрузок между фазой и нейтралью.

Сравнение системы заземления нейтрали:

Состояние	Un с заземлением	с твердым заземлением	Заземление с низким сопротивлением	Заземление с высоким сопротивлением	Реактивное заземление
Устойчивость к переходным перенапряжениям	Хуже	Хорошо	Хорошо	Лучшее	Лучшее
73% увеличение напряжения напряжения при замыкании на землю	Плохо	Лучшее	Хорошо	Плохо
Защищенное оборудование	Хуже	Плохо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Безопасность персонала	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучшее	Лучшее
Надежность обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Стоимость обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Простота обнаружения первого замыкания на землю	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Разрешает конструктору координировать защитные устройства	Невозможно	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Снижение частоты неисправностей	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучшее	Лучшее
Разрядник освещения	Незаземленная нейтраль	Тип заземленной нейтрали	Незаземленная нейтраль	Незаземленная нейтраль	Незаземленная нейтраль
Ток при замыкании фазы на землю в процентах от тока трехфазного замыкания	Менее 1%	Зависит от 100% или больше	от 5 до 20%	Менее 1%	от 5 до 25%

Артикул:

Майкл Д.Сил, П.Е., старший инженер по спецификации GE.
Стандарт IEEE 141-1993, «Рекомендуемая практика распределения электроэнергии на промышленных предприятиях»
Don Selkirk, P.Eng, Саскатун, Саскачеван, Канада

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

О компании Jignesh.Parmar (B.E, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Джигнеш Пармар завершил M.Tech (Power System Control), B.E (электрические). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в сфере передачи, распределения, обнаружения кражи электроэнергии, технического обслуживания и электротехнических проектов (планирование-проектирование-технический обзор-координация-выполнение). В настоящее время он является сотрудником одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Электрическое зеркало», «Электрическая Индия», «Освещение Индии», «Умная энергия», «Промышленный Электрикс» (австралийские энергетические публикации).Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные базовые электрические программы Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знает английский, хинди, гуджарати, французский языки. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновиться по различным инженерным темам.

режимы работы, достоинства и недостатки

Недостатки сети с изолированной нейтралью.

Емкостные токи замыкания на землю.

Компенсация емкостных токов

Работа установки компенсации

Недостатки сети с компенсированной нейтралью

Режимы работы нейтрали трансформатора: разновидности, достоинства и недостатки

Изолированная нейтраль

Режимы работы нейтрали по уровню напряжения

Компенсированная нейтраль

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Низкоомное заземление нейтрали

Эффективно заземленная нейтраль

Высоковольтные сети с компенсированной нейтралью — Студопедия

Трехфазные сети с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью

Лекция №2. Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

Резонансное заземление нейтрали (компенсированная нейтраль) — Студопедия

ТЗНП в сети с компенсированной нейтралью (Страница 1) — Выбор параметров настройки устройств релейной защиты и автоматики — Советы бывалого релейщика

Новый алгоритм защиты фидеров от замыканий на землю для сетей среднего напряжения с изолированной или компенсированной нейтралью

Часть 1. Введение

Часть 2. Измерения проводимости по гармоническому спектру

Часть 3. Последовательное суммирование векторов (ПСВ)

3.1 Применение метода ПСВ для определения направления

3.2 Применение метода ПСВ для определения величины тока

Часть 4. Подтверждение работоспособности

4.1 Многократные замыкания на землю

4.2 Кратковременные дуговые замыкания на землю

4.3 Устойчивые замыкания на землю

Часть 5. Заключение

Адресация защиты от замыканий на землю в компенсированных нейтральных сетях | NOJA Power

Адресация защиты от замыканий на землю в компенсированных нейтральных сетях | NOJA Power

Влияние методов защиты нейтрального заземления для компенсированных ветро / фотоэлектрических гибридных энергосистем, подключенных к сети

1. Введение

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях:

Введение:

Важность заземления нейтрали:

Метод заземления нейтрали:

(1) Незаземленные нейтральные системы:

(2) Системы с глухозаземленной нейтралью:

(3) Системы с заземлением через сопротивление:

(A). Низкое сопротивление, заземленное:

(B) .Заземление с высоким сопротивлением:

(4) Система с резонансным заземлением:

Катушки Петерсена:

(5) Трансформаторы заземления:

Заключение:

Сравнение системы заземления нейтрали:

Нравится:

Связанные

alexxlab

Вам также может понравиться

Как определить режим работы источника эдс: Режимы работы источников ЭДС — Студопедия

Опломбирование или пломбирование как правильно: Опломбировка или пломбировка как правильно

Освещение в квартире коридора: Освещение коридора квартиры — делаем правильно (100 фото)

Добавить комментарий Отменить ответ