Заземляющий резистор: Выбор резисторов для заземления нейтрали трансформаторов

Содержание

Выбор резисторов для заземления нейтрали трансформаторов

Резисторы типа РЗ для установки в ячейках РУ

Резистивное заземление нейтрали осуществляется высокоомным низковольтным резистором, подключенным к разомкнутой обмотке треугольника трансформатора заземления нейтрали (ТЗН) или высокоомным высоковольтным резистором, подключаемым к нейтрали 35 кВ силового трансформатора.

1. Сопротивление низковольтного резистора определяется по выражению:

где:

Ic — емкостный ток сети одной секции присоединений;
Kт — коэффициент трансформации ТЗН, определяющий по выражению:

где:

Uвн – напряжение ТЗН на стороне ВН;
Uнн – напряжение ТЗН на стороне НН;

В соответствии с ПУЭ – 2017 (Украина) п. 4.2.185 (В ПУЭ 7-изд. данное требование отсутствует!) для исключения феррорезонансных процессов предлагается включение в разомкнутую обмотку трансформатора напряжения резистора сопротивлением 25 Ом. Однако, вносимое резистором затухание 25 Ом, эффективно лишь при очень малых емкостях сети 35 кВ (Iс < 0,013 А ).

2. Сопротивление высоковольтного резистора определяется по выражению:

где:

Uсн – напряжение ТЗН на стороне СН;

выбор высокоомных низковольтных резисторов

Поделиться в социальных сетях

Благодарность:

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding».

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Трансформатор заземления нейтрали в сети генераторного напряжения

В данной статье речь пойдет о трансформаторе заземления нейтрали (ТЗН) устанавливаемый в сети генераторного напряжения.

В сетях 6 и 10 кВ с изолированной нейтралью наиболее распространенным видом повреждений являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) с перемежающейся дугой. Возникающие при этом перенапряжения [до (3 — 4)Uф] весьма опасны для электрооборудования и в первую очередь для генераторов, электродвигателей, кабелей и трансформаторов напряжения.

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения в месте ОЗЗ опасно для людей и животных.

При ОЗЗ в обмотках высоковольтных генераторов для предотвращения прожигания стали статора должно быть обеспечено их быстрое отключение защитой от замыканий на землю. Однако во многих случаях релейная защита не способна отключить при соединение с ОЗЗ из-за недостаточной чувствительности и малых значений емкостною тока ОЗЗ, поэтому вся сеть 6 — 10 кВ длительно находится под воздействием указанных перенапряжений.

Для предотвращения возникновения перенапряжений при ОЗЗ, быстрого отключения ОЗЗ, максимального охвата обмоток генераторов защитой от ОЗЗ, а также предотвращения феррорезонансных явлений в сетях с малыми токами ОЗЗ применяют низкоомное резистивное заземление нейтрали сети 6 (10) кВ с помощью трансформаторов заземления нейтрали (ТЗН).

Отметим, что ТЗН обеспечивают заземление нейтрали сети в режиме, когда генераторы остановлены, поэтому не допускается подключение заземляющего резистора непосредственно в нейтрали статорных обмоток генератора. Подключение заземляющего резистора в нейтрали генератора допускается только при отсутствии связи электростанции с энергосистемой или для блочных схем «генератор — трансформатор».

Ниже рассмотрен способ низкоомного резистивного заземления нейтрали, рекомендованный институтами «Атомэнергoпроект» и «Тяжпромэлектропроект» и широко применяемый на электростанциях ЕЭС России и промышленных предприятиях.

К секции сборных шин через выключатель подключается специальный трансформатор заземления нейтрали со схемой соединения Y/∆. Между нулевой точкой обмотки ВН и «землей» включается резистор Rn c сопротивлением 100 Ом для сетей 6 кВ или 150 Ом для сетей 10 кВ (см. рис. 2.2).

В месте ОЗЗ проходит геометрическая сумма емкостного тока сети Iс и тока I_R создаваемого устройством заземления нейтрали.

При малом емкостном токе Iс им можно пренебречь и считать, что ток ОЗЗ равен току через резистор R_N [Л2]:

Значение тока ОЗЗ при принятых значениях сопротивления R_N по выражению (1) составит при напряжении 6,3 кВ — 36 А, при 10,5 кВ — 40 А [Л2].

Естественно, что эти значения тока обеспечивают четкую работу токовых защит от ОЗЗ на отключение. Рассмотрим, насколько эффективно работают эти защиты при внутренних ОЗЗ в обмотках электрических машин.

Обмотки статора генераторов и электродвигателей обычно соединяют в звезду для исключения потерь от циркуляции токов третьей гармоники. Зону защиты такой обмотки при внутренних ОЗЗ можно определить по выражению [Л2]:

гдe:

w — число витков обмотки, %, считая от зажимов;
Iс.з — ток срабатывания защиты от ОЗЗ.

Отсюда видно, что при Iс.з = 4 А и токе ОЗЗ 40 А защита охватывает 90 % витков. Увеличить зону защиты обмотки статора при ОЗЗ можно, снижая ток срабатывания защиты или сопротивление заземляющего резистора [Л2].

Ток ОЗЗ по мере удаления от выводов в глубь статора составит [Л2]:

где: w — число витков от зажимов до точки замыкания, % общего числа витков поврежденной фазы.

Трансформатор и резистор устанавливают в отдельном шкафу заземления нейтрали. Например, АО «Московский завод Электрощит» серийно выпускает шкаф заземления нейтрали ШЗН серии К-118УЗ. В нем установлены трансформатор типа ТСНЗ-63/10 мощностью 63 кВ. А на напряжение 6 или 10 кВ и включенные в нейтраль резистор и трансформатор тока типа ТЛК10-0,5/10Р-50/5. Стойкость резистора состовляет 1,5 с при токе 40 А и 1 ч при токе 5 А. Трансформатор ТСНЗ-63/10 на напряжение 10 кВ имеет облегченную изоляцию.

Резистор R_N, примененный в схеме низкоомного резистивного заземления нейтрали, нетермостойкий, поэтому на случай редких, но возможных отказов защиты или выключателя присоединения с ОЗЗ на ТЗН предусматривается защита нулевой последовательности, которая отключает ТЗН, переводя сеть в режим с изолированной нейтралью.

Шкафы заземления нейтрали устанавливают в помещении ЗРУ — 6 (10) кВ по одному на секцию, предпочтительно не в ряд с ячейками КРУ, а отдельно у стены (на всякий случай, из-за нетермостойкого резистора).

Выводы:

Итак, низкоомное резистивное заземление нейтрали обеспечивает:

подавление перенапряжений при ОЗЗ и феррорезонансных явлений;
четкую работу релейной защиты от ОЗЗ на отключение поврежденного присоединения;
максимальный охват обмоток электрических машин защитой от ОЗЗ;
снижение броска емкостного тока присоединения при внешних ОЗЗ примерно в 2,5 раза по сравнению с режимом изолированной нейтрали. Поэтому ток срабатывания защиты присоединения от замыканий на землю может быть существенно снижен.

Литература:

1. А.В. Беляев. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики. Часть 1.

2. Методические указания по выбору режима заземления нейтрали в сетях 6 и 10 кВ дочерних обществ и организаций ОАО «Газпром». СТО ГАЗПРОМ 2-1.11-070-2006.

Поделиться в социальных сетях

Резистивное заземление нейтрали в сети 6 – 10 кВ — Студопедия

Системы с незаземленными нейтралями, как показали научные исследования и опыт эксплуатации, не могут читаться надежными, обеспечивающими меньший ущерб от перерыва питания потребителей в силу допустимости длительной работы с однофазными замыканиями на землю линий электропередачи систем электроснабжения. Высокая вероятность аварий при многократных повторных замыканиях электрических дуг вследствие однофазных замыканий в сети или деградации изоляции в месте замыкания, переход однофазных в многофазные замыкания, приводящие к большим повреждениям оборудования, – все это обусловливает отказ от применения изолированной нейтрали для промышленных систем электроснабжения (за исключением специальных случаев, оговоренных в ПУЭ). Как альтернатива могут быть предложены системы резистивного заземления нейтрали: низкоомное и высокоомное заземление.

Система с низкоомным заземлением нейтрали использует резистор, который ограничивает ток в месте повреждения относительно невысоким значением (по сравнению с многофазным замыканием) 50 – 1000 А. Обладает следующими преимуществами:

– обеспечивает более долгую ожидаемую жизнь изоляции для электродвигателей, трансформаторов и другого оборудования сети за счет снижения амплитуды перенапряжений, длительности и частоты воздействия перенапряжений;

– обеспечивает улучшение защитных свойств релейных защит путем быстрого и селективного отключения повреждений на землю при относительно низких токах в месте повреждения;

– обеспечивает защиту от повреждения стали вращающихся электрических машин, предотвращая длительное горение дуги между обмоткой и корпусом;

– обеспечивает сниженный риск поражения электрическим током обслуживающего персонала.

Система с высокоомным заземлением нейтрали использует резистор, ограничивающий ток замыкания на землю на низком уровне 1–7 А, и создает ток в месте повреждения равный емкостному. Обладает следующими преимуществами:

– сохраняет основное и единственное преимущество сети с изолированной нейтралью (при малом токе замыкания на землю): позволяет не отключать мгновенно первое замыкание на землю, и если не будет второго замыкания, поврежденная цепь может оставаться в работе;

– обеспечивает снижение амплитуды, длительности и частоты воздействия дуговых (примерно до уровней 2,5 Uф) и феррорезонансных перенапряжений на изоляцию оборудования сети;

– создает ток в месте повреждения, удовлетворяющий по чувствительности требованиям релейной защиты.

Опыт эксплуатации дугогасительных реакторов показал, что достаточно незначительной его расстройки относительно резонанса и перенапряжения при ОЗЗ возможны даже большие, чем при отсутствии реактора. Поскольку для электрической сети отключения и включения распределительных линий является нормальной ситуацией, реакторы должны менять свою настройку. Определение результирующей емкости реализуется косвенными методами, что и приводит к возникновению неточности.

На рис.1 представлена принципиальная схема выполнения резистивного заземления нейтрали в сетях 6 – 35 кВ. Заземление нейтрали можно выполнить как с помощью высоковольтного резистора в нейтрали специального заземляющего трансформатора Т, рис.1, так и с помощью низковольтного резистора – в разомкнутом треугольнике.

Для реализации возможности использования низковольтных резисторов на стороне 0,4 кВ трансформатора может потребоваться схема их подключения согласно рис.2. Она должна применяться в том случае, если напряжение нулевой последовательности на выводах обмотки низшего напряжения трансформатора превышает 1 кВ при ОЗЗ.

Заземляющий резистор ( ) трансформатора Т, рис.1, выбирается исходя из режима длительного протекания тока, если предполагается действие защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) на сигнал. При действие защиты от ОЗЗ на отключение заземляющий резистор выбирается по режиму кратковременного протекания тока. Соответственно и мощность трансформатора Т также может быть выбрана исходя из режима допустимой кратковременной перегрузки.

При высокоомном заземлении нейтрали величина резистора не зависит от режима его работы и выбирается исходя из условия

, (1)

Рис.1. Принципиальная схема подключения резисторов.

Рис.2. Вариант подключения резисторов на стороне 0,4 кВ трансформатор.

Где С – емкость фазы сети на землю; Т=0,01/3 – постоянная времени разряда емкости нулевой последовательности на резистор ,

Ток замыкания на землю определяется суммарной емкостью сети на землю С, параметрами трансформатора и резистора и находится по формуле

, (2)

где .

При использовании низковольтного резистора в формулу (2) вместо 3 следует подставить приведенное к высшей стороне трансформатора Т активное сопротивление /3. Действительная величина данного сопротивления определяется как

, (3)

где К – коэффициент трансформации, равный отношению линейных напряжений сторон трансформатора: .

Ток в резисторе обусловлен трансформацией токов нулевой последовательности со стороны высшего напряжения трансформатора и равен

. (4)

Формулы (1) – (3) хорошо известны, однако до настоящего времени не решены следующие вопросы:

где лучше устанавливать резистор – в нейтрали трансформатора или же на стороне низшего напряжения;

какова оптимальная мощность резистивного трансформатора, выбираемого исходя из условий отключения ОЗЗ релейной защитой;

какова действительная величина резистора, если трансформатор работает в режиме насыщения при ОЗЗ.

Следует учитывать, что при значительных величинах токов нулевой последовательности (порядка номинального тока трансформатора и более) сказывается изменение магнитного состояния трансформатора на увеличении тока намагничивания. Поскольку в трехфазных стержневых трансформаторах магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются за пределами магнитопровода, индуктивное сопротивление намагничивания в схеме замещения трансформатора снижается по крайней мере до 0,3 о. е. При большей величине тока нулевой последовательности ток намагничивания становится сопоставимым с током нагрузки трансформатора.

Данный вопрос – зависимость параметров схемы замещения трансформатора от величины тока в резисторе – не исследован. Приведенные выше формулы (1) – (4) были получены для трансформатора с броневым магнитопроводом (пятистержневым), когда потоки нулевой последовательности замыкаются по магнитопроводу. Необходимо внести в них коррективы в соответствии с учетом влияния цепи намагничивания на ток, потребляемый трансформатором с высшей стороны из сети. При этом Высокоомное заземление нейтрали можно не рассматривать, т.к токи ОЗЗ достаточно малы (1-7 А), чтобы оказать заметное влияние на магнитное состояние трансформатора.

Примем, что в схеме замещения трансформатора ветвь намагничивания вынесена к его зажимам, рис.3. Этот прием упрощает расчеты и не оказывает заметного влияния на выбор величины резистора. Тогда

, (5)

При размещении резистора на стороне низшего напряжения трансформатора в формулу (5) вместо сопротивления подставляется сопротивление /3. Формула (3) остается без изменений.

Ток на стороне треугольника рассчитывается как

, (6)

а ток замыкания на землю равен

. (7)

Рис.3. Схема замещения трансформатора для токов нулевой последовательности.

Токи в фазах трансформатора резистивного заземления нейтрали со стороны его высшего напряжения должны находиться с учетом схем замещения трансформатора для прямой и обратной последовательностей. Так как по отношению к токам прямой (и обратной) последовательности вторичная обмотки является разомкнутой, схема замещения содержит только ветвь намагничивания , рис.4.

На рис.5. представлена схема замещения для режима ОЗЗ при использовании общепринятых допущений о возможности пренебрежения величиной продольных сопротивлений в схемах замещения линий распределительной сети и сопротивлениями короткого замыкания трансформатора.

Векторная диаграмма фазных токов трансформатора на стороне обмотки высшего напряжения представлена на Рис. 6. На диаграмме в общем случае учтена активная составляющая в токе намагничивания прямой последовательности.

При определении тока наиболее загруженной фазы трансформатора можно приближенно положить, что токи фазы «а» трансформатора прямой и нулевой и нулевой последовательности лежат на одной прямой. Тогда максимальный ток равен

. (8)

Коэффициент загрузки должен определяться по данным расчета из формулы (8), т.е. .

Таким образом, алгоритм выбора минимально допустимой мощности трансформатора резистивного заземления нейтрали следующий. По схеме замещения, рис.5, находятся токи прямой и нулевой последовательности и по формуле (8) рассчитывается максимальный ток.

Рис.4. Схема замещения трансформатора для токов прямой (обратной) последовательности.

Рис.5. Схема замещения системы электроснабжения при ОЗЗ.

Рис.6. Векторная диаграмма токов трансформатора.

Резисторы NER 6-35 кВ |

Дополнительные файлы для скачивания

Заключение аттестации ФСК ЕЭС_Резисторы_серии_NER_для_заземления_нейтрали_6-35
Сертификат ГОСТ-Р на резисторы NER NERC

Описание

Резисторы для заземления нейтрали предназначены для соединения нейтральной точки обмоток 3-35 кВ трансформатора (нейтрали сети) с землей;

Резисторы для заземления нейтрали используются в сетях 3-35 кВ для ограничения перенапряжений при однофазных замыканиях на землю и обеспечения селективной и надежной работы релейных защит от однофазных замыканий на землю.

Применение резистивного заземления нейтрали в комбинации с отключением однофазных замыканий на землю снижает повреждаемость кабельных линий (муфт, разделок в КРУ), полностью исключает повреждения трансформаторов напряжения (НТМИ, ЗНОМ, ЗНОЛ), исключает возникновение многоместных повреждений изоляции (выход из строя нескольких высоковольтных электродвигателей, кабельных линий), исключает возникновение двойных замыканий.

Типовая серия резисторов

номинальное напряжение сети 3, 6, 10, 15, 20, 35 кВ
номинальный ток от 1 до 2000 А (в том числе нестандартные значения по заказу потребителя)
время работы в режиме с однофазным замыканием в сети от нескольких секунд до неограниченно длительного
диапазон рабочих температур от -60ºС до +40ºС
исполнение для наружной установки
высота установки над уровнем моря не более 1000 м

Резисторы для заземления нейтрали сетей 6 кВ

Тип резистора	Номинальное сопротивление,Ом	Номинальная мощность, кВт	Номинальное напряжение сети, кВ	Номинальный ток резистора, А	Допустимое время протекания номинального тока, с
NER-9-1440-6	9	1440	6	400	5 (10)
NER-18-727-6	18	727	6	200	5 (10)
NER-36-363-6	36	363	6	100	5 (10)
NER-91-146-6	91	146	6	40	5 (10)
NER-300-40-6	300	40	6	11,5	длительно
NER-500-24-6	500	24	6	7	длительно
NER-700-18-6	700	18	6	5	длительно
NER-1000-12-6	1000	12	6	3,5	длительно
NER-1700-7-6	1700	7	6	2	длительно
NER-2000-7-6	2000	6	6	1,7	длительно

Резисторы для заземления нейтрали сетей 10 кВ

Тип резистора	Номинальное сопротивление,Ом	Номинальная мощность, кВт	Номинальное напряжение сети, кВ	Номинальный ток резистора, А	Допустимое время протекания номинального тока, с
NER-14,4-2310-10	14,4	2310	10	400	5 (10)
NER-29-1160-10	29	1160	10	200	5 (10)
NER-58-580-10	58	580	10	100	5 (10)
NER-150-240-10	150	240	10	40	5 (10)
NER-500-67-10	500	67	10	11,5	длительно
NER-800-42-10	800	42	10	7	длительно
NER-1000-34-10	1000	34	10	5,8	длительно
NER-3000-12-10	3000	12	10	2	длительно

Резисторы для заземления нейтрали сетей 20 кВ

Тип резистора	Номинальное сопротивление,Ом	Номинальная мощность, кВт	Номинальное напряжение сети, кВ	Номинальный ток резистора, А	Допустимое время протекания номинального тока, с
NER-11,5-11500-20	11,5	11500	20	1000	5 (10)
NER-23-5750-20	23	5750	20	500	5 (10)
NER-58-2320-20	58	2320	20	200	5 (10)

Резисторы для заземления нейтрали сетей 35 кВ

Тип резистора	Номинальное сопротивление,Ом	Номинальная мощность, кВт	Номинальное напряжение сети, кВ	Номинальный ток резистора, А	Допустимое время протекания номинального тока, с
NER-50-8000-35	50	8000	35	400	5 (10)
NER-100-4000-35	100	4000	35	200	5 (10)
NER-200-2000-35	200	2000	35	100	5 (10)
NER-1000-408-35	1000	408	35	20	длительно
NER-2000-204-35	2000	204	35	10	длительно
NER-3000-136-35	3000	136	35	6,7	длительно
NER-4000-102-35	4000	102	35	5	длительно
NER-8000-51-35	8000	51	35	2,5	длительно

Примечание: Возможны нестандартные исполнения резисторов по заказу потребителя.

Конструкция

Резисторы для заземления нейтрали сконструированы для применения на открытом воздухе (наружная установка) при температуре воздуха от -60°C до +40°C, с высотой над уровнем моря до 1000 м, с нормальным уровнем загрязнения, в том числе в местах с источниками песка и пыли

Шкаф резистора изготовлен из листовой стали с горячей оцинковкой (или нержавеющей стали). В шкафу на опорных изоляторах укреплены блочные элементы сопротивления. Охлаждение резистора обеспечивается за счет естественной циркуляции воздуха. Вентиляционные перфорированные отверстия расположены на двух противоположных сторонах шкафа. Шкаф имеет степень защиты IP23.

Проходной изолятор для присоединения резистора к нейтрали трансформатора размещен на крыше шкафа. Проходной изолятор для подключения к общему заземляющему устройству подстанции (станции) выполнен в нижней боковой части шкафа.

Резисторы для заземления нейтрали имеют встроенный трансформатор тока для подключения релейных защит. Выводы для подключения измерительного трасформатора тока расположены в нижней боковой части шкафа.

Преимущества резисторов NER

стабильность параметров резистора в течение срока эксплуатации (рабочие элементы резистора выполнены из металла)
устойчивость к коррозии (шкаф резистора выполнен из нержавеющей стали)
защита персонала от прямого прикосновения к токоведущим частям (шкаф со степенью защиты IP23)
малые габариты и масса
встроенный трансформатор тока для организации релейной защиты
взрывобезопасность и пожаробезопасность (охлаждение и изоляция резистора воздушные, в составе резистора нет горючих материалов)