Отыскание озз что это

Расчет тока замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

Главной задачей персонала электрических сетей является содержание оборудования в состоянии эксплуатационной готовности. Наиболее частым видом повреждения в электросетях является замыкание одной из фаз на землю, которое составляет до 80% всех повреждений. Эти замыкания возникают вследствие пробоя изоляции или обрыва проводов воздушной линии. Работа электрической сети с замыканием на землю допускается в течении определенного времени, но является крайне нежелательной. В этом режиме повышается напряжение двух неповрежденных фаз, что увеличивает вероятность перекрытия изоляции этих фаз и отключение воздушной линии. Эксплуатационный персонал обязан отыскать и устранить повреждение в кратчайший срок.

О появлении замыкания на землю в сети персонал подстанции узнает по приборам контроля изоляции. При замыкании на землю одной из фаз показания прибора, контролирующего изоляцию этой фазы, будут равны нулю при металлическом замыкании. При замыкании через сопротивления показания уменьшатся, а показания приборов двух других фаз возрастут в раз при металлическом замыкании и увеличатся при замыкании через сопротивление.

В высоковольтных сетях с изолированной нейтралью, контроль изоляции легко реализовать при помощи трёх вольтметров. Вольтметры подключаются к контактам основной вторичной обмотки трёхфазного трёхобмоточного трансформатора напряжения (например, типа НТМИ, возможно применять однофазные трансформаторы напряжения).

Рисунок. Принципиальная схема контроля изоляции (замыкания на землю) с помощью вольтметров: ТН – измерительный трансформатор напряжения; РН – реле контроля фаз.

При нарушении изоляции любой из фаз (замыкании на землю) величина напряжения на этой фазе упадёт, а величины напряжения на двух других неповреждённых фазах – возрастут. Более того, при пробое изоляции и металлическом замыкании фазы на землю, вольтметр на повреждённой фазе покажет нуль, а величины напряжения на других фазах возрастут в 1,73 раза и вольтметры покажут линейные напряжения.

Рисунок. Диаграмма фазных напряжений: а – в нормальном режиме; б – при замыкании фазы А на землю через сопротивление; в – при металлическом замыкании фазы А.

О критическом снижении изоляции фазы, оперативный персонал может узнать и по работе сигнальных устройств. Таким устройством часто выступает реле контроля изоляции, которое подключают к выводам дополнительной вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения, собранной по схеме разомкнутого треугольника. При возникновении замыкания на землю, на этой обмотке формируется напряжение нулевой последовательности, реле контроля фаз срабатывает и подаёт сигнал.

После обнаружения поврежденной линии, если нагрузка этой линии не может быть немедленно снята без ущерба для потребителей, поврежденные линии по возможности изолируются от основной цепи. Персонал должен учитывать, что замыкание на землю через некоторое время перейдет в междуфазное, поэтому надо действовать быстро.

Отыскание места однофазных замыканий на землю осуществляется с помощью переносных приборов, измеряющих вблизи ВЛ уровень магнитного поля токов нулевой последовательности. Организации, эксплуатирующие электрические сети, должны быть оснащены переносными приборами для определения мест замыкания на землю воздушных линий 6-35 кВ. Наиболее широко в энергосистемах используются переносные приборы серии ПОИСК, КВАНТ, СПЕКТОР и др. Все перечисленные приборы работают на магнитоэлектрическом принципе.

Рисунок. Прибор «Квант-К» для контроля тока нагрузки и определения мест повреждения в распределительных электросетях

Применение этих приборов в первую очередь обуславливается возможностью отыскания места повреждения в электрических сетях без поочередного отключения линии и, следовательно, без перерыва энергоснабжения потребителей. В случае возникновения большого переходного сопротивления в месте замыкания на землю, изоляция может дожигаться с помощью передвижной установки до значения необходимого для определения скрытого повреждения линии с помощью переносных приборов. При этом значительно сокращаются трудозатраты персонала по отысканию места повреждения в электрических сетях.

Подготовка к работе. Поиск повреждения на воздушных линиях выше 1кВ производится по наряду. До выезда на поиск повреждения ВЛ необходимо проверить исправность прибора в основных режимах. Следует поднести прибор к проводу питания какого-либо электроприбора, при приближении прибора правой стороной перпендикулярно проводу показания прибора должны заметно увеличиваться, при исправности стрелка прибора должна находится в приделах 45-75% шкалы.

Определение места замыкания. Определение места замыкания начинается с определения поврежденной ВЛ. Для этого необходимо произвести измерения магнитного поля вблизи всех ВЛ, отходящих от шин питающей подстанции. Измеряющий должен подойти к одной из отходящих ВЛ вблизи выхода ее из территории подстанции на расстояние 5-8 метров от оси ВЛ, стать лицом к ВЛ, держа прибор перед собой перпендикулярно оси ВЛ, при этом руки оператора должны быть расположены в районе органов управления прибора.

Устанавливается необходимый режим чувствительности, при котором стрелка прибора не зашкаливает. Показания прибора и режим чувствительности следует запомнить, такие же измерения производятся вблизи других отходящих воздушных линий. Повреждение ВЛ определяется по максимальному из всех измерений показаний прибора. После определения поврежденной воздушной линии измерения производятся в местах разветвлений этой воздушной линии. Показания на поврежденном ответвлении значительно больше, чем на неповрежденном. Для определения места повреждения на поврежденном ответвлении производится последовательное измерение вдоль этого ответвления. Переход через место повреждения определяется по резкому снижению показаний прибора.

Рисунок. Схема сети и эпюры показаний прибора в различных ее участках

В процессе поиска места повреждения возможно самоустранение замыкания, а так же отключения поврежденной ВЛ релейной защитой при переходе однофазного замыкания в междуфазное, поэтому рекомендуется в процессе поиска контролировать наличие в сети замыкания на землю, для этого при измерении на подстанции на расстоянии 5-6 метров от любой из ВЛ прибор переводят в режим измерения напряжения и запоминают показания прибора. Примерно такие же показания будут при измерении в любой точки сети при таком же удалении от ВЛ, если замыкание сети сохранится. При отыскании замыкания показания прибора уменьшатся в 5-10 раз, а при отсутствии напряжения, в случае отключения ВЛ, будут близки к нулю.

Использование переносных приборов для определения мест повреждения в распределительных электрических сетях – это малые затраты, удобства и оперативность.

ПТБ при отыскании места замыкания на землю. В месте замыкания на землю появляется опасность поражения людей и животных шаговым напряжением. Обнаружив оборванный и лежащий на земле провод, запрещается приближаться на расстояние не менее 8 метров к лежащему на земле проводу. Запрещается приближаться к железобетонным опорам при наличии признаков протекания тока замыкания на землю: возникновении электрической дуги на стойках, а в местах заделки опоры в грунт испарении влаги из почвы. Следует организовать охрану, установить предупреждающие знаки или плакаты, сообщить о происшедшем диспетчеру РЭС.

Ниже приведен видеофильм в котором показаны правила наложения переносного заземления на ВЛ 10 кВ.

В предыдущих номерах журнала были опубликованы статьи Алексея Ивановича Шалина («Новости ЭлектроТехники» № 1(31) 2005, 2(32) 2005), в которых автор описал особенности процессов, протекающих в сетях 6-35 кВ при возникновении в них однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), а также рассмотрел причины неправильных действий защит от ОЗЗ.
Сегодня наш автор анализирует некоторые разновидности защит от ОЗЗ, которые появились на отечественном рынке и активно используются в сетях среднего напряжения.

ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТЯХ 6-35 кВ

Достоинства и недостатки различных защит

экспертное мнение

Сергей Титенков,
к.т.н., ОАО «ПО Элтехника»

Тема, рассмотренная в статье А.И. Шалина, крайне актуальна для эксплуатирующих и проектных организаций. К сожалению, до последнего времени в России использовался режим изолированной нейтрали и неселективная сигнализация замыканий на землю. Сейчас ситуация меняется, и в некоторых сетях переходят к действию защит от однофазных замыканий на отключение. При этом, конечно же, возникает проблема выбора правильных уставок. Автор достаточно подробно разбирает эту проблему.

Однако, на мой взгляд, отдельные соображения, изложенные автором в статье, точнее, в разделах, посвященных выбору уставок срабатывания релейных защит от однофазных замыканий на землю, нуждаются в небольшом комментарии.

Так, автор совершенно верно отмечает расхождения в рекомендациях по определению величины коэффициента броска при выборе уставки срабатывания защит от замыканий на землю. Ничего удивительного в этом нет. Данный коэффициент специалисты приводят на основании опыта эксплуатации, а не расчетов.

Что мы называем броском емкостного тока? Это высокочастотный ток нулевой последовательности, возникающий вследствие перезаряда емкости присоединения при однофазном замыкании. Его величина определяется в основном емкостью присоединения и индуктивностью источника, а также токоограничивающих реакторов при их наличии. Присутствие дугогасящего реактора в нейтрали никак не сказывается на величине тока перезаряда. Впрочем, как и наличие резистора, который включается в сетях 6–10 кВ в нейтраль маломощного трансформатора заземления нейтрали.

Каким же образом возникло представление, отраженное в том числе и в данном материале, что возможно уменьшение коэффициента броска при наличии в сети заземления через резистор? Похоже, что это ошибочное, на мой взгляд, мнение сформировалось на основании работы Зильбермана В.А., Эпштейна И.М., Петрищева Л.С. и Рождественского Г.Г. «Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВт на перенапряжения и работу релейной защиты», опубликованной в журнале «Электричество» № 2 за 1987 год.

Думается, что проблема выбора уставок защит от однофазных замыканий на землю и величины коэффициента броска емкостного тока требует более детального анализа на страницах «Новостей ЭлектроТехники».

Основные типы защит от ОЗЗ

В настоящее время в России и за рубежом применяются следующие основные разновидности защит от ОЗЗ:

1. Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности.
2. Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности.
3. Направленные защиты, реагирующие на составляющие промышленной частоты тока и напряжения нулевой последовательности.
4. Защиты, фиксирующие «наложенный» ток с частотой, отличной от промышленной.
5. Защиты, реагирующие на высокочастотные составляющие в токе нулевой последовательности, возникающие естественным путем.
6. Защиты, реагирующие на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности в переходном процессе ОЗЗ.

Рассмотрим достоинства и недостатки этих защит, а также аппаратуру, реализующую соответствующие принципы и имеющуюся на отечественном рынке. Будем при этом учитывать, что современные микропроцессорные терминалы обычно позволяют реализовать сразу несколько алгоритмов, относящихся к различным принципам действия защит. В процессе проектирования и эксплуатации выбираются один или несколько наиболее подходящих к конкретным условиям эксплуатации алгоритмов и уточняются уставки.

Следует отметить, что вопрос выбора уставок большинства разновидностей защит от ОЗЗ в настоящее время весьма далек от своего окончательного решения и требует отдельного обсуждения.

Защиты, измеряющие напряжение нулевой последовательности

Эти защиты могут действовать на отключение линии с ОЗЗ в том случае, если от сборных шин подстанции отходит только одна линия – такие объекты встречаются. Для одного такого весьма ответственного объекта напряжением 35 кВ автор настоящей статьи выбирал виды защитных устройств, схемы и уставки защиты в текущем году.

По сравнению с ненаправленными токовыми и другими защитами рассматриваемый вариант обладает существенными преимуществами – в напряжении нулевой последовательности содержится гораздо меньше высокочастотных составляющих и защита по напряжению нулевой последовательности лучше ведет себя, например, при перемежающихся и прерывистых ОЗЗ. Ей также не мешает наличие в сети дугогасящего реактора.

Одним из недостатков такой защиты при ее подключении к соединенной по схеме «разомкнутого треугольника» обмотке установленного на сборных шинах трехфазного трансформатора напряжения (ТН) или группы однофазных является то, что она может работать неправильно. Например, при сгорании одного из предохранителей, установленных в первичных цепях этих измерительных трансформаторов, защита может отключить неповрежденный защищаемый объект. Обычно для блокирования срабатывания защиты в таком случае предусматривается реле максимального напряжения обратной последовательности, подключенное к вторичной обмотке того же ТН, соединенной в «звезду». Тогда при сгорании предохранителя защита блокируется и защищаемый объект на время восстановления исправности предохранителя остается без защиты от ОЗЗ. Если комплект защиты установлен на подстанции без постоянного обслуживания, то защита может надолго оказаться заблокированной.

Можно использовать несколько выходов из создавшейся ситуации:

• не устанавливать предохранители в первичных цепях ТН;
• использовать дополнительный комплект защиты, подключенный к однофазному ТН, включенному между нейтралью питающего силового трансформатора и землей (у трехобмоточных силовых трансформаторов на стороне 35 кВ нейтраль обычно выведена);
• применить резервный комплект защиты, подключенный еще к одному ТН, установленному на сборных шинах, и т.д.

Выше уже отмечалось, что действовать на отключение рассматриваемая разновидность защиты может только в том случае, если к сборным шинам подключено лишь одно присоединение. При наличии нескольких присоединений такая защита может быть использована только в качестве неселективной сигнализации, т.е. сообщать о появлении в сети ОЗЗ без указания поврежденного присоединения. Именно в таком качестве она и используется в подавляющем большинстве случаев.

При этом поиск поврежденного присоединения обычно производится поочередным отключением присоединений по признаку исчезновения напряжения нулевой последовательности, что может вызвать значительные трудности. Известно о ряде аварий, связанных с такими отключениями и последующими включениями – например, случай отказа во включении одной из фаз воздушного выключателя на 35 кВ с пофазным приводом и повреждением силового трансформатора, вызванного явлением феррорезонанса. Неоднократно при длительном присутствии ОЗЗ в сети наблюдались «вторичные» пробои изоляции в двигателях, что вызывало большие токи в месте повреждения и значительные затраты на ремонт и т.д.

В некоторых случаях снизить остроту ситуации можно «доступными» средствами. Например, если на распределительных устройствах 35 кВ имеются не секции, а системы шин с нормально отключенным шиносоединительным выключателем. В таких случаях поиск поврежденного присоединения целесообразно производить не поочередным отключением и включением присоединений, а временным их переводом на вторую систему шин. При этом задача может быть решена без отключения присоединений.

Следует отметить, что и этот путь имеет большие недостатки. Гораздо более радикальным решением является установка селективной токовой защиты, выявляющей поврежденное присоединение. Такая защита может быть построена на использовании рассмотренных ниже принципов.

Ненаправленные защиты, регистрирующие составляющую промышленной частоты тока нулевой последовательности

Работа защит в сетях с изолированной нейтралью
Далеко не всегда удается реализовать эффективную ненаправленную токовую защиту нулевой последовательности в сетях с изолированной нейтралью (без дугогасящего реактора и резистивного заземления нейтрали).

В первую очередь это относится к сетям с воздушными линиями электропередачи, в частности напряжением 35 кВ, где используются трехтрансформаторные фильтры тока нулевой последовательности, а в месте ОЗЗ могут возникать большие переходные сопротивления. Здесь защиту надо отстраивать не только от собственного емкостного тока защищаемого присоединения, а еще и от тока небаланса нулевой последовательности, появляющегося из-за неодинаковых характеристик трансформаторов тока, из которых собран фильтр тока нулевой последовательности. При возникновении в месте ОЗЗ большого переходного сопротивления, защита, отстроенная от собственного емкостного тока и тока небаланса трехтрансформаторного фильтра, может не сработать. В таких сетях, а также в сетях, в которых эксплуатируются одновременно воздушные и кабельные ЛЭП, целесообразно использовать направленные токовые защиты нулевой последовательности.

Выбор уставок срабатывания релейных защит от ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью
Порядок выбора уставок и проверки чувствительности ненаправленных токовых защит для сетей с изолированной нейтралью описан, например, в . Следует отметить существенный «разнобой» между рекомендациями по значениям различных величин, которые дают разные авторы.

Ток срабатывания защиты кабельной линии от ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью I сз принято выбирать из следующего условия:

где kн – коэффициент надежности; k бр – коэффициент «броска», учитывающий бросок емкостного тока в момент возникновения ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него; I c.фид.макс – максимальный емкостный ток защищаемого фидера.

В соответствии с для мгновенно действующих защит от ОЗЗ в расчетах следует принимать значение произведения k н k бр = 4–5. Для защит с выдержкой времени при возможности возникновения перемежающейся дуги k н k бр = 2,5. По-видимому, эти значения рекомендованы автором для традиционных отечественных реле защиты включая РТЗ-51.

В предлагается считать К н ~ 1,2, k бр = 3–5,(применительно к реле старых типов). Для реле РТЗ-51 рекомендуется принимать k бр = 2–3. При этом предлагается выполнять защиту без выдержки времени. «При использовании для защиты от ОЗЗ современных цифровых реле, например, серии SPACOM, в том числе SPAC-800 … можно принимать значения k бр = 1–1,5 (необходимо уточнить у фирмы-изготовителя)» .

Чувствительность проверяется по величине коэффициента k ч:

где I защ – ток в защите поврежденной ЛЭП, равный разности суммарного емкостного тока сети в рассматриваемом расчетном режиме и емкостного тока поврежденной ЛЭП; kч.норм– нормативный коэффициент чувствительности.

Условия (1), (2) могут быть реализованы для мгновенно действующих защит в кабельных сетях в том случае, если суммарный емкостный ток ЗI 0лэп защищаемой линии в 5–10 раз меньше, чем емкостный ток оставшихся присоединений в рассматриваемом (минимальном) режиме сети. Для защит с выдержкой времени в тех же сетях (1) и (2) удается реализовать, если ток ЗI 0лэп в 3–5 раз меньше емкостного тока оставшихся присоединений. Такие соотношения выполняются в сетях 6–35 кВ далеко не всегда.

Для кабельных сетей 6–10 кВ отдельных цехов предприятий, в которых имеется большое количество присоединений с малым емкостным током (например, десятки маломощных двигателей) и отсутствуют дугогасящие реакторы, во многих случаях приведенные выше условия выполняются и рассматриваемая защита может работать достаточно эффективно.

Для распределительных подстанций и коммутационных пунктов описанные выше условия часто не выполняются, что приводит к необходимости использовать более совершенные защиты.

Для защит воздушных ЛЭП, в которых используются трехтрансформаторные фильтры тока ЗI0, ток срабатывания следует выбирать следующим образом:

где I нб – ток небаланса фильтра; остальные обозначения те же, что в (1). Поскольку емкостный ток воздушных ЛЭП невелик (примерно в 35 раз меньше, чем в кабелях при одинаковой длине), ток небаланса может оказать существенное влияние на выбор тока срабатывания защиты. О расчете величины I нб следует говорить отдельно.

Работа защит в резистивно-заземленных сетях
В некоторых случаях необходимую эффективность можно обеспечить с помощью ненаправленных токовых защит нулевой последовательности. В первую очередь это относится к резистивно-заземленным сетям. Если, например, речь идет о защите кабельной сети собственных нужд электростанции, выполненной в соответствии с , в которой в месте ОЗЗ протекает активный ток заземляющего резистора порядка 35–40 А, а емкостные токи отдельных присоединений не превышают нескольких ампер, то здесь успешно могут быть использованы многие из известных токовых реле.

Однако эксплуатация защит, построенных на токовых реле устаревших конструкций, например серий РТ-40/0,2, может привести к неселективной работе из-за резкого увеличения токов нулевой последовательности при дуговых замыканиях за счет высокочастотных составляющих, о чем было сказано в .

Более совершенными являются защиты, построенные на отечественных реле типа РТЗ-51, блоках микропроцессорной защиты БМРЗ (например, БМРЗ-КЛ-11, БМРЗ-КЛ-36, БМРЗ-КЛ-42, БМРЗ-КЛ-51) НТЦ «Механотроника», терминалах защиты SEPAM типа S20 (код ANSI 50N/51N или 50G/51G) фирмы Schneider Electric, защиты серии SPACOM, например, SPAC-800 производства «АББ Реле-Чебоксары», устройства типа MiCOM P121, P122 Compact, P123 компании AREVA (бывшая ALSTOM), защита типа SIPROTEC 4 7SJ61 фирмы SIEMENS и т. д.

Меньше всего затрат требует установка реле РТЗ-51, но эти устройства способны обеспечить защиту присоединений только от ОЗЗ. Остальные же перечисленные микропроцессорные терминалы обеспечивают также защиту от междуфазных коротких замыканий и некоторых других ненормальных режимов работы.

При правильном выборе уставок все упомянутые защиты, включая отечественные, могут эффективно работать в рассматриваемом случае. Но следует иметь в виду особенность горения дуги в кабелях с бумажной изоляцией, пропитанной масляно-канифольной мастикой, которая была описана в (прерывистая дуга), и либо не использовать выдержку времени, либо пользоваться ею крайне осторожно, принимая соответствующие решения на основании результатов опытной эксплуатации.

Большинство импортных релейных терминалов имеют опции, обеспечивающие их правильное функционирование в режимах с прерывистой дугой. Для этого в них предусматривается возможность использовать задержку времени на возврат токового органа после его кратковременного срабатывания. Выбрав время возврата больше длительности бестоковой паузы в дуге, обеспечивают правильную работу защиты, в частности, на кабелях с бумажно-масляной изоляцией. При этом защита может действовать как мгновенно, так и с выдержкой времени, но при выборе ступени селективности следует учитывать введенную задержку на возврат. При этом ступень селективности увеличивается. Удобно использовать «токозависимые» выдержки времени.

Перечисленные защиты содержат фильтры, выделяющие синусоидальную составляющую промышленной частоты, что позволяет существенно улучшить отстройку от режима внешних дуговых замыканий. Использование таких фильтров вызывает обоснованную тревогу некоторых специалистов, поскольку трудно гарантировать их правильную работу, например, в процессе горения перемежающейся дуги. Однако отказ от использования этих фильтров резко снижает селективность защиты.

Выбор уставок срабатывания релейных защит от ОЗЗ при наличии резистивного заземления нейтрали
Установка в сети заземляющего резистора облегчает условия выбора уставок и улучшает селективность работы релейных защит от ОЗЗ.

В соответствии с при защите асинхронных двигателей коэффициент броска при установке заземляющего резистора для всех видов используемых реле может быть снижен до значения k бр = 1,2. 1,3. В при расчете защиты от ОЗЗ кабельных фидеров 6–10 кВ и наличии заземляющего резистора предлагается принимать k бр = 1,2. 1,5. В результате при установке в сети заземляющих резисторов ток срабатывания ненаправленных защит от ОЗЗ может быть несколько снижен.

Проще обеспечить и чувствительность защиты, поскольку через защиту поврежденной линии теперь протекает сумма соответствующих емкостных токов и активного тока заземляющего резистора:

причем I» Cе – суммарный емкостный ток сети за вычетом емкостного тока защищаемого фидера, I R – ток заземляющего резистора.

Коэффициент чувствительности защиты по-прежнему определяется по (2).

Наибольший эффект установка резистора дает в сетях с малыми токами ЗI 0 в минимальном режиме, т.е. когда по каким-то причинам (ремонт, необходимость технологического цикла и т.д.) некоторые присоединения в сети отключаются и ее емкостный ток уменьшается. В следующем номере журнала мы расскажем об особенностях применения более совершенных защит от ОЗЗ.

1. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – СПб.: ПЭИПК, 2003. – 350 с.
2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991. – 496 с.
3. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – Изд-во ПЭИк, СПб., 2001.
4. О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС / Циркуляр Ц-01-97(Э). – М.: Росэнергоатом, 1997.
5. Шалин А.И. Замыкания на землю в линиях электропередачи 6–35 кВ. Особенности возникновения и приборы защиты // Новости Электротехники. – № 1 (31), 2005. – С. 73–75.
6. Челазнов А.А. Разработка технических регламентов и стандартов в области энергетики ОАО «Газпром» // Труды третьей всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6–35 кВ» / Новосибирск, 2004.– С.12–25.

В сетях 6 – 35кВ замыкание «на землю», получившее название «земля в сети», является наиболее частым видом повреждения и составляет 70 – 75 % всех случаев повреждений. Причинами возникновения замыкания «на землю» могут быть: — электрические или механические повреждения изоляции; — загрязнение или увлажнение изоляции; — обрыв проводов или тросов; — падение посторонних предметов на токоведущие части.

В зависимости от характера повреждений, «земля» в сети может быть: полной или частичной, устойчивой или перемежающейся. Признаком работы сети в режиме замыкания «на землю» свидетельствует повышение фазного напряжения на неповрежденных фазах и снижение его на поврежденной фазе по отношению к земле. Персонал обязан уметь отличать по показаниям приборов КИЗ наличие “земли” в сети от других ненормальностей в работе оборудования и сетей, которые могут привести к срабатыванию автоматического контроля изоляции. Оперативные действия персонала при появлении замыкания “землю”. При возникновении замыкания на землю персонал должен немедленно приступить к отысканию места повреждения и устранить его в кратчайший срок. В зависимости от состояния оборудования допускается работа с заземленной фазой в сетях 6-10кВ, а также в сетях, к которым подключены электродвигатели высокого напряжения, если ток замыкания на “землю” меньше 5А, но не более 2 часов.
В исключительных случаях с разрешения главного инженера ЭС допускается работа сети с замыканием на «землю» продолжительностью до 6 часов.
Если установлено, что место замыкания на землю находятся не в обмотке статора электродвигателя, по усмотрению главного инженера предприятия эксплуатирующего электродвигатели, в исключительных случаях, допускается работа с «землей» в сети продолжительностью до 6 часов . В сетях, имеющих дугогасящие катушки, время работы сети с замыканием на “землю” определяется условием работы ДКГ, а именно температура верхних слоев масла не должна превышать 90 0С, контролировать температуру масла следует через каждые 30 минут с записью в оперативном журнале. Отключение ДГК при работе сети с “землей” допускается лишь на время замера температуры масла ДГК. Производить осмотры оборудования и оперативные переключения необходимо с применением защитных средств без напоминания диспетчера .
Следует помнить, что операции разъединителями находящимися под напряжением при наличии в сети «земли» ЗАПРЕЩЕНЫ . Это связано с тем что на ПС и РП отсутствует контроль величины тока замыкания на “землю”. При явлениях феррорезонанса, появляющегося в некомпенсированных сетях при повышенных уровнях рабочего напряжения, может возникнуть длительный колебательный процесс (опасный для ТН). Это явление сопровождается ростом показаний приборов КИЗ Uа, Uв, Uс >> Uф. Либо может возникнуть мгновенное «опрокидывание» фазы при этом Uа > Uф.
При появлении феррорезонанса необходимо изменить емкость сети. Это достигается включением ШСМВ (СМВ), предварительно проверив отсутствие замыкания на “землю” или отключением ненагруженных линий. Если появление замыкания на “землю” совпало по времени с включением выключателя какого-либо присоединения, оперативный персонал обязан немедленно отключить этот выключатель и убедиться, что “земля” исчезла. Автоматическое отключение какой-либо линии с успешным АПВ и появление замыкания на “землю” в этот момент, в большинстве случаев является признаком наличия замыкания на этой линии. Методы отыскания замыкания на “землю”: Руководство по отысканию и устранение замыкания на “землю” возлагается на лицо в оперативном управлении, которого находится данная часть электроустановки согласно диспетчерского распределения управления оборудованием (смотреть Приложение А), по согласованию с вышестоящим оперативным персоналом, в оперативном ведении которого находится оборудование. — Отыскание места замыкания на “землю” осуществляется путем производства целенаправленных оперативных переключений, сопровождаемых постоянным контролем показаний приборов КИЗ. Метод последовательного деления и многократного перегруппирования сети на участки, электрически не связанные между собой: при этом перебираются варианты различной конфигурации этих участков, благодаря чему удается выявить элемент с поврежденной изоляцией или значительно уменьшить размер участка в котором этот элемент находится. Этот метод применим для участков сети которые могут иметь два или более источников питания. -При замыкании систем шин (секций) 6 – 10кВ, на которых имеются ДГК, оснащенные автоматическим регулированием (РАНК – 2), необходимо выводить из работы автоматику (снять питание с РАНК – 2 отключением автоматов) и вводить в работу только при нормальном режиме работы сети. -При объединении сети с компенсированной нейтралью с сетью с изолированной нейтралью возможно возникновение опасных колебательных процессов (режим отделения или подключения ДГК к сети с “землей”).
Поэтому ЗАПРЕЩЕНО к сети без ДГК и наличии в ней “земли” подключать сеть с ДГК (необходимо предварительно ДГК отключать от сети) — Включение на параллельную работу двух секций шин 6кВ в РП, при наличии “земли” в сети 6кВ ЗАПРЕЩЕНО .
— На подстанциях ЗАПРЕЩЕНО объединять две секции или системы шин 6-10кВ при замыкании на “землю” одновременно на обеих секциях или системах сборных шин.
— Допускается при отыскании “земли” в сети 35кВ кратковременное объединение по стороне 6-10кВ для перевода нагрузок, т.е. через трансформаторную связь. — Метод поочередного отключения параллельно работающих объектов возможен, если: — Отключение не несет ущерб потребителям.
— Не будут возникать недопустимые перегрузки на оборудовании.
— Не произойдет недопустимое снижение напряжения.

Однофазные замыкания на землю. Компенсация емкостных токов замыкания на землю. ДГР

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) — это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети. В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка. Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз. Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.
Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом. На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.
Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

2. Последствия ОЗЗ

1. В зависимости от разветвленности сети емкостной ток может находиться в пределах от 0,1 до 500 ампер. Такая величина тока может представлять опасность для животных и людей, находящихся рядом с местом замыкания, по этой причине данные замыкания нужно выявлять и отключать, так же, как это делается и в сетях с глухозаземленной нейтралью.
2. В большинстве случаев при ОЗЗ возникает дуговое замыкание на землю, которое может носить прерывистый характер. В таком случае, в процессе дугового замыкания возникают перенапряжения, превышающие в 2-4 раза номинальное фазное напряжение. Изоляция в процессе замыкания может не выдержать такие перенапряжения, вследствие чего возможны возникновения пробоя изоляции в любой другой точке сети и тогда замыкание развивается в двойное короткое замыкание на землю.
3. В процессе развития и ликвидации ОЗЗ в трансформаторах напряжения возникает эффект феррорезонанса, что с высокой вероятностью приводит к их преждевременному выходу из строя.

Несмотря на перечисленные недостатки ОЗЗ не требует немедленного ликвидации повреждения. Согласно ПУЭ, при возникновении ОЗЗ возможно эксплуатация сети без отключения аварии в течении 4 часов, которые выделяются на поиск поврежденного участка.

3. Расчет суммарного тока ОЗЗ

При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

Выражение для определения тока ОЗЗ:

,

где С_∑ – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С_∑ = С_{уд l};
С_уд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км;
l – общая длина проводника одной фазы сети.

Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

,

где U_НОМ – номинальное линейное напряжение сети, кВ;
l_i – длина кабельной линии, км;
q_i – сечение жилы кабеля, мм 2 .

Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.

4. Компенсационные меры защиты

Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.
Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

Напряжение сети, кВ	6	10	20	35
Емкостный ток, А	30	20	15	10

При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

5. Дугогасящий реактор

Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (рис. 3).

Рисунок 3 – Дугогасящий реактор

Этот способ является наиболее эффективным средством защиты электрооборудования от замыканий на землю и компенсации емкостного тока. С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.

6. Основные характеристики ДГР

Дугогасящий реактор (ДГР) – это электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным нормативным документом регламентирующим работу, установку и надстройку ДГР является Р 34.20.179.

Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители. В цепи заземления реакторов должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения ДГР представлены на рис. 4.

Рисунок 4 – Схема подключения ДГР: а) подключение ДГР к трансформаторам СН; б) подключение ДГР к нейтрале силового трансформатора

Индуктивность ДГР подбирается из условия равенства емкостной проводимости сети и индуктивной проводимости реактора. Таким образом, происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (как правило, не превышают 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией.

Современные ДГР имеют различные конструктивные особенности и производятся для огромного диапазона мощностей. В таблице 2 приведен ряд параметров дугогасящих реакторов разных производителей.

Таблица 2 – Параметры ДГР

Отыскание «земли» в сети постоянного оперативного тока подстанции

«Земля» в сети постоянного тока – одна из аварийных ситуаций, которая нередко случается на распределительных подстанциях. Постоянный ток на подстанции называется оперативным, он предназначен для работы устройств релейной защиты и автоматики, а также управления оборудованием подстанции.

Наличие «земли» в сети постоянного тока свидетельствует о том, что один из полюсов замыкается на землю. Данный режим работы сети постоянного тока подстанции является недопустимым и в случае возникновения аварийной ситуации на подстанции может привести к негативным последствиям. Поэтому, в случае возникновения данной ситуации необходимо немедленно приступить к поиску повреждения и в максимально короткий срок его устранить. В данной статье рассмотрим процесс поиска и устранения замыкания на «землю» в сети постоянного оперативного тока подстанции.

Возникновение «земли» в сети постоянного оперативного тока фиксируется на панели центральной сигнализации подстанции световой и звуковой сигнализацией. Первое, что следует сделать – это убедиться в том, что замыкание на землю в сети постоянного тока действительно есть.

На щите постоянного тока подстанции, как правило, расположен вольтметр контроля изоляции и соответствующие переключающие устройства, переключением которым можно замерить напряжение каждого из полюсов относительно земли. В одном положении данного переключателя вольтметр контроля изоляции включается в цепь «земля» – «+», в другом положении – соответственно – «земля» – «-». Наличие напряжения в одном из положений свидетельствует о том, что в сети постоянного тока есть замыкание на землю.

При наличии двух отдельных секций на щите постоянного тока, которые электрически не связаны, должна быть предусмотрена возможность проверки наличия напряжения относительно земли по каждой из секций отдельно.

Наличие замыкания на землю в сети постоянного тока свидетельствует о том, что нарушена изоляция одной из кабельных линий, которая подает оперативный ток к устройствам релейной защиты и автоматики или непосредственно к элементам оборудования и другим потребителям постоянного тока на подстанции. Или же причиной может быть обрыв провода, который впоследствии соприкоснулся с землей или с заземленными элементами оборудования.

Такой режим работы неприемлем, так как в таком случае устройство, которое получает питание по данному кабелю, может работать некорректно или вообще отказать (если одна из жил оборвана). Например, один из соленоидов привода высоковольтного выключателя. Если кабель, по которому постоянный ток подается на данный соленоид, поврежден, то в случае возникновения аварийной ситуации, например, короткого замыкания на линии, данный выключатель откажет, что может привести к повреждению других элементов оборудования.

Или, например, микропроцессорные устройства защиты. Как правило, микропроцессорные терминалы защит оборудования подстанции питаются от постоянного оперативного тока. Питание данных шкафов осуществляется от нескольких кабелей, проложенных от щита постоянного тока. В большинстве случаев один кабель питает несколько шкафов, например, шесть.

Если данный кабель повредится, то микропроцессорные терминалы защит, автоматики и управления оборудованием будут обесточены. Следовательно, все шесть присоединений останутся без защиты, и в случае возникновения аварийной ситуации оборудование не будет отключено и может повредиться (в случае отсутствия или отказа резервных защит).

Поэтому найти повреждение, которые привело к возникновению замыкания на землю, следует в максимально короткий срок.

Поиск замыкания на землю в сети постоянного тока сводится к очередному отключению всех отходящих линий, которые питаются от шкафа постоянного тока подстанции. Приведем пример отыскания места повреждения.

Отключаем автоматические выключатели, которые питают кольцо соленоидов выключателей 110 кВ и проверяем контроль изоляции. Как правило, кольцо соленоидов питается от двух автоматических выключателей разных секций щита постоянного тока для обеспечения высокой надежности схемы.

Если напряжение на каждом из полюсов относительно земли отсутствует, то это свидетельствует о том, что замыкание на землю находится на кольце соленоидов выключателей 110 кВ. В противном случае, то есть если не было изменений и замыкание на землю осталось, включаем отключенный ранее автоматический выключатель и переходим к дальнейшему отысканию повреждения. То есть поочередно отключаем остальные автоматические выключатели с последующей проверкой контроля изоляции по вольтметру.

Итак, когда найдена линия, при отключении которой замыкание на землю пропадает, следует найти и устранить неисправность. Рассмотрим порядок дальнейших действий по отысканию повреждения в случае, если замыкание на землю находится в кольце соленоидов.

Далее наша цель – локализировать повреждение. Кольцо соленоидов выключателей 110 кВ состоит из нескольких участков. Кабель постоянного оперативного тока идет от щита постоянного тока в шкаф вторичной коммутации одного из выключателей 110 кВ. В этом шкафу кабель разветвляется: один идет непосредственно в цепи управления данным выключателем, а другой к шкафу вторичной коммутации следующего выключателя.

От второго шкафа кабель оперативного тока идет к третьему и так далее, в зависимости от количества выключателей, расположенных в распределительном устройстве 110 кВ подстанции. От последнего выключателя кабель идет к щиту постоянного тока, то есть все соленоиды выключателей соединены в кольцо.

В каждом шкафу вторичной коммутации есть рубильники. Один из них подает оперативный ток на выключатель, другой на следующий шкаф вторичной коммутации. Для локализации поврежденного участка отключаем рубильник в шкафу вторичной коммутации, которым подается напряжение на все кольцо, например, на первый шкаф, к которому подается оперативный ток от первой секции щита постоянного тока.

Таким образом, включив автоматический выключатель кольца соленоидов 110 кВ первой секции ЩПТ, мы подаем напряжение на кабель, который идет до шкафа вторичной коммутации первого выключателя.

Включаем данный выключатель и проверяем контроль изоляции. Если «земля» присутствует, то однозначно повреждение находится на данном участке кабеля. Если контроль изоляции в норме, то приступаем к дальнейшему отысканию поврежденного участка.

Отключаем рубильник, который подает напряжение на шкаф вторичной коммутации второго выключателя, и включаем рубильник, который подает оперативный ток на цепи управления первым выключателем 110 кВ, проверяем контроль изоляции. Появление «земли» свидетельствует о том, что повреждение находится в цепях вторичной коммутации выключателя. В таком случае выключатель следует вывести в ремонт для устранения данной неисправности.

Также необходимо запитать кольцо соленоидов, оставив отключенным рубильник присоединения, где найдено повреждение вторичных цепей. Далее необходимо проверить контроль изоляции, чтобы убедиться в том, что замыкания на «землю» в сети постоянного тока больше нет.

Если после подачи оперативного тока на первый выключатель контроль изоляции остался в норме, то идем дальше. Отключаем рубильники во втором шкафу, которые подают оперативный ток на второй выключатель и на следующий, третий шкаф вторичной коммутации.

В первом шкафу включаем рубильник, который подает напряжение на второй шкаф, то есть подключаем к кольцу кабель, идущий от первого шкафа ко второму шкафу вторичной коммутации.

Аналогично, если «земля» появилась, то поврежден данный участок кабеля. В противном случае, то есть когда контроль изоляции в норме, включаем рубильник во втором шкафу, который подает напряжение на цепи постоянного тока второго выключателя, проверяем контроль изоляции, чтобы убедиться в наличии или отсутствии «земли».

Аналогичным образом производим поэтапное включение участков кольца соленоидов и проверяем контроль изоляции. Изначально, когда проверяется кабель, который идет от первой секции щита постоянного тока до первого шкафа вторичной коммутации выключателя, необходимо проверить второй кабель, который запитывается от второй секции ЩПТ и идет до шкафа вторичной коммутации выключателя.

Возможно, повреждение находится на втором кабеле, и, чтобы не делать лишнюю работу – не проверять цепи выключателей и кабельные линии, проложенные между шкафами вторичной коммутации выключателей, необходимо проверить оба кабеля сразу.

Следует отметить, что при выводе в ремонт выключателя, в шкафу вторичной коммутации которого обнаружено повреждение цепей оперативного тока, не всегда удается отключить данный выключатель дистанционно или с места при помощи привода, так как может быть оборван один из проводов цепей вторичной коммутации.

Если цепи управления выключателем неисправны и при этом нет возможности отключить выключатель вручную, с места, то следует снять нагрузку с выключателя и отключить его с двух сторон разъединителями. При возможности, необходимо снять не только нагрузку, но и напряжение с выключателя, так как при отсутствии нагрузки у потребителя, линейным разъединителем отключаются емкостные токи линии, что не рекомендуется.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Отыскание места замыкания на землю. Отыскание земли в сети с изолированной нейтралью

Суть процесса электроснабжения заключается в доставке электроэнергии от места, где она производится (электрические станции) до места ее потребления (электроприемники). Транспорт электроэнергии осуществляется по электрическим сетям , включающим в себя линии электропередачи, силовые трансформаторы, распределительные устройства и другое вспомогательное оборудование. Сама по себе передача электроэнергии производится по специальным трехфазным электрическим цепям высокого напряжения, чем выше уровень напряжения, тем с меньшими потерями мощности происходит доставка электроэнергии по цепи, но при этом повышение напряжения увеличивает стоимость самой электроустановки, таким образом, выбор оптимального уровня напряжения электроустановки – это сложная технико-экономическая задача . Как правило, распределение электроэнергии к потребителям осуществляется на классе напряжения 6-35 кВ, но иногда можно встретить подстанции глубокого ввода, когда распределение электроэнергии к очень мощным электроприемникам осуществляется на напряжении 110-220 кВ.

Одна из особенностей транспорта электроэнергии заключается в наличии нейтрального провода в схеме, который представляет из себя общую точку источников питания трехфазной электрической системы, также называемой нейтралью .

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю — это вид повреждения, когда одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. Процессы, протекающие в сети при возникновении такого замыкания, значительным образом зависят от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания на землю замыкается через емкости неповрежденных фаз. Его значение невелико и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. Соотношения линейных напряжений при возникновении однофазного замыкания на землю не изменяются, что позволяет эксплуатировать сеть, не отключая повреждения данного вида незамедлительно. Однако, однофазное замыкание на землю представляет значительную опасность для оборудования, вследствие того, что уравнивание потенциала поврежденной фазы и земли приводит к увеличению напряжения между неповрежденными фазами и землей до значения порядка номинального линейного напряжения сети. Изоляция неповрежденных фаз в результате воздействия повышенного напряжения подвержена ускоренному старению, что в конечном счете может привести к замыканию на землю других фаз и возникновению двойного замыкания на землю, являющегося коротким замыканием и требующего немедленного отключения поврежденного участка сети.

Кроме того, ток однофазного замыкания, растекаясь по земле вблизи места замыкания на землю, представляет опасность для жизни людей и животных.

В сетях с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием. Ток повреждения в данном случае замыкается через заземленные нейтрали первичного оборудования и имеет значительную величину. Такое повреждение требует немедленного обесточивания поврежденного участка.

Учитывая данную особенность, а также сложность реализации изоляции между фазными проводами и землей для различных классов напряжения (чем выше класс напряжения, тем сложнее эту изоляцию выполнить), то выбор оптимального типа нейтрали также является сложной технико-экономической задачей.

70-90% электричеcких повреждений

приходится на ОЗЗ 1

Причины однофазных замыканий на землю могут быть весьма различны, но все они возникают из-за нарушения изоляции оборудования электроустановок, особенно на кабельных или воздушных линиях электропередачи. Нарушение изоляции может быть по причине ее старения, а также вследствие механических воздействий на электроустановку, чаще это повреждение кабеля при проведении земляных работ или падение ветки дерева на провод воздушной линии и т.д.

В России данная задача нашла решение в таком виде, что распределительные сети уровнем 6-35 кВ эксплуатируются в изолированном от земли режиме нейтрали источников питания, а сети более высокого уровня напряжения эксплуатируются в режиме, когда нейтраль напрямую связана с землей – глухозаземленный и эффективный режим нейтрали.

1. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. М.:НТФ «Энергопрогресс». //Приложение к журналу, «Энергетик», выпуск 11(35) 2001, 102 с.

Страница 21 из 26

9. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ
Воздушные распределительные сети 6-35 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью. Значения токов замыкания на землю в этих сетях относительно невелики и во многих случаях на один или даже два порядка меньше токов нагрузки.
Для воздушной сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью значение тока замыкания на землю при замыкании без переходного сопротивления может быть ориентировочно определено по эмпирической формуле

Где h — ток замыкания. А; ил — линейное напряжение, кВ; /с-суммарная длина линий сети, км.
В компенсированных сетях ток замыкания на землю зависит, кроме того, от степени компенсации емкостного тока. Для этих сетей характерна также сложная древовидная конфигурация линий.
Указанные особенности сетей 6-35 кВ практически исключают возможность применения для них методов и средств определения мест однофазных замыканий на землю, используемых в сетях более высокого напряжения. В связи с этим в воздушных сетях 6-35 кВ получили распространение переносные приборы, которые позволяют путем ряда последовательных измерений в разных точках сети определить место повреждения.
Известные методы и приборы для отыскания места однофазного замыкания на землю в воздушных распределительных сетях основаны на использовании процессов и явлений, происходящих в сети при этом виде повреждения. При замыкании на землю как в поврежденной, так и неповрежденных линиях сети протекают токи нулевой последовательности. Значение этих токов в неповрежденных линиях определяется при прочих одинаковых условиях емкостью проводов каждой линии по отношению к земле. В поврежденной линии от шин подстанции к месту замыкания протекает суммарный ток нулевой последовательности неповрежденных линий. Направление тока в поврежденной линии противоположно направлению токов в неповрежденной линии. Замыкание на землю вызывает искажение системы фазных напряжений. Токи пулевой последовательности, кроме основной составляющей 50 Гц, содержат составляющие высших гармоник. Основными источниками высших гармоник являются генераторы, ЭДС которых не чисто синусоидальна, а также силовые трансформаторы и токоприемники, имеющие нелинейную характеристику.
При замыкании на землю в сети гармонический состав тока нулевой последовательности неповрежденной линии определяется гармоническим составом напряжения нулевой последовательности и параметрами данной линии. Гармонический состав тока поврежденной линии представляет собой сумму гармонических составляющих токов неповрежденных линий. В компенсированной сети к высшим гармоникам тока нулевой последовательности поврежденного присоединения добавляются высшие гармонические составляющие тока дугогасящей катушки.
Контроль тока нулевой последовательности в линиях сети осуществляется переносными приборами путем измерения магнитного поля вблизи линии с помощью встроенных в прибор магнитных датчиков, представляющих собой индуктивную катушку с разомкнутым ферромагнитным сердечником. Контроль напряжения сети осуществляется путем измерения электрического поля линии с помощью штыревой антенны.
По измеряемым составляющим тока и напряжения переносные приборы делятся на две группы: приборы, работающие на частоте 50 Гц, и приборы, работающие на высших гармонических составляющих. Каждая группа в свою очередь включает как токовые, так и направленные приборы. Токовые приборы используются для сравнительной оценки токов нулевой последовательности в линиях и участках сети при замыкании на землю. Направленные приборы дают возможность определить направление протекания этих токов.
При применении токовых приборов в результате сравнительной оценки уровня соответствующих составляющих токов нулевой последовательности определяется поврежденная линия, показания прибора для которой максимальны; затем по максимальным показаниям прибора на поврежденной линии определяются поврежденное ответвление и место повреждения, за которым показания прибора резко снижаются.
Направленные приборы позволяют по показаниям индикатора определить направление к месту повреждения в точке сети, если значение соответствующей составляющей тока нулевой последовательности в данной точке сети достаточно для работы прибора. Это условие не выполняется обычно на сравнительно коротких ответвлениях и концевых участках линий.
Применение приборов, использующих составляющие основной частоты, встречает трудности из-за влияния магнитного поля токов нагрузки, напряженность которого сравнима с напряженностью магнитного поля тока замыкания на землю. Наличие вблизи линии нескомпенсированного магнитного поля токов нагрузки объясняется несимметричным расположением проводов линии по отношению к точке расположения переносного прибора. Влияние магнитного поля токов нагрузки резко ограничивает область применения наиболее простых приборов на основной частоте. При токах замыкания на землю, составляющих менее 20% тока нагрузки, применение таких приборов практически невозможно.
Использование высших гармонических составляющих имеет то преимущество, что Их относительный уровень в токе замыкания на землю по сравнению с уровнем в токе нагрузки тем выше, чем выше номер гармоники. Это объясняется емкостным характером сопротивления в контуре протекания тока замыкания на землю и в значительной степени индуктивным характером сопротивления в контуре протекания тока нагрузки. Поэтому при использовании высших гармонических составляющих влияние магнитного поля токов нагрузки существенно меньше. Замыкания на землю в большинстве случаев происходят через переходное сопротивление. В процессе протекания тока замыка- ния на землю значение этого сопротивления, как правило, не остается неизменным. Изменения переходного сопротивления, часто значительные, вызывают изменения уровня гармонических составляющих тока. Так как емкостное сопротивление в контуре прохождения тока замыкания на землю тем меньше, чем выше номер гармоники, влияние изменений переходного сопротивления на изменение уровня высших гармоник тем больше, чем выше номер гармоники.
Таким образом, хотя более высокие гармоники дают возможность лучшей отстройки от влияния токов нагрузки, нестабильность их уровня вследствие изменения переходного сопротивления затрудняет работу с прибором, использующим более высокие гармоники.
Наибольшее распространение в энергосистемах получили серийно выпускаемые приборы «Поиск-1», «Волна» и «ЗОНД».
Серийный выпуск первого переносного прибора «Поиск-1» был освоен Мытищинским электромеханическим заводом в 1969 г. Прибор «Поиск-1» разработан Союзтехэнерго как универсальный прибор. Он имеет фиксированную настройку на 5, 7, 11 и 13-ю гармоники и возможность работы в полосе частот. Рекомендуется преимущественное использование 5-й гармоники. Основным недостатком прибора «Поиск-1» являются относительно большие размеры и масса.
С 1981 г. Мытищинским электромеханическим заводом освоен выпуск нового, более совершенного прибора серии «Волна», разработанного заводом совместно с Союзтехэнерго и Украинской сельскохозяйственной академией. По сравнению с прибором «Поиск-1» прибор «Волна» имеет лучшую селективность, более высокую чувствительность, меньшие габариты и вес. В 1990 г. завод предполагает освоить выпуск приборов «Волна-М» на новой элементной базе с более стабильными характеристиками.
Рижским опытным заводом «Энергоавтоматика» в 1981 г. освоен выпуск направленного прибора «ЗОНД», разработанного Украинским отделением Сельэнергопроекта совместно с заводом. Прибор основан на сравнении фаз тока и напряжения 11-й гармоники.
Кроме серийно выпускаемых переносных приборов в энергосистемах нашли некоторое применение и имеют положительный опыт эксплуатации прибор «Гармоника», разработанный Украинской сельскохозяйственной академией, прибор Мосэнерго УМП-7 и др.
Общими ко всем переносным приборам для определения места замыкания в сети являются следующие требования.
Прибор должен иметь достаточно высокую чувствительность, обеспечивать определение места замыкания в сетях малой протяженности (не более 20 км), позволять производить контроль наличия замыкания в сети в процессе поиска повреждения. Прибор должен обеспечивать надежное определение поврежденной линии на подстанции, поврежденного ответвления и места повреждения на линии при значительных токах нагрузки (до 80- 100 А).
Прибор должен быть универсальным, применяем как в сетях с изолированной, так и в сетях с компенсированной нейтралью при любой конструкции, линий, в широком диапазоне температур, от -40 до +40° С. Прибор должен быть легким и малогабаритным, надежным в работе и простым в употреблении, чтобы прибором мог пользоваться без труда любой электромонтер.
Наиболее перспективными переносными приборами, в большей степени удовлетворяющими перечисленным требованиям, являются приборы, основанные на использовании высших гармонических составляющих.

В данной работе рассмотрены меры принимаемые для контроля изоляци, а также действия оперативного персонала электроустановки по отысканию места замыкания на «землю».

В электроустановках рабочим напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью, при повреждении или нарушении изоляции, падении провода и т.д. возникает замыкание на землю. Режим однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью аварийным не является. Следовательно, автоматического отключения поврежденного участка электрической сети не будет.

Данный режим работы является опасным для изоляции оборудования, так как фазные напряжения при этом значительно увеличиваются. Это в свою очередь приводит к пробою изоляции и переходу из однофазного в двухфазное замыкание на землю.

Кроме того, замыкание на землю очень опасно для людей, в частности для обслуживающего персонала (при возникновении повреждения на территории ОРУ или ЗРУ). При этом высока вероятность поражения электрическим током в результате растекания токов на землю (шаговое напряжение). Следовательно, оперативному персоналу, который осуществляет обслуживание электроустановки, необходимо в кратчайший срок устранить возникшее повреждение, то есть определить место повреждения.

Замыкание на землю бывает нескольких видов: металлическое замыкание, неполное замыкание через электрическую дугу и замыкание на землю через поврежденную изоляцию токоведущих частей.

Контроль изоляции в электроустановках 6-35кВ осуществляется при помощи:

Реле минимального напряжения, которые включены на фазные напряжения ТН;

Реле напряжения, которые включены в обмотку разомкнутого треугольника;

Токовых реле, которые включены к выходу фильтра токов нулевой последовательности;

Вольтметров контроля изоляции.

Показания вольтметров контроля изоляции:

При металлическом замыкании на землю: на поврежденной фазе прибор показывает «ноль», при этом напряжение на двух других фазах увеличивается в 1,73 раза, то есть равно линейному напряжению сети;

При замыкании на землю через дугу: на поврежденной фазе «ноль», на других фазах напряжение увеличивается в 3,5-4,5 раз;

При замыкании на землю через сниженное сопротивление изоляции показания вольтметра контроля изоляции несимметричны. Происходит так называемый «перекос» фаз сети.

В зависимости от выполненной схемы контроля изоляции, осуществляется сигнализация «замыкания на землю» с указанием конкретной поврежденной фазы, так и без определения фазы. В последнем случае поврежденная фаза определяется по показаниям киловольтметров контроля изоляции того или иного участка сети. Фиксировать показания вольтметров контроля изоляции необходимо в обоих случаях. Кроме того, существуют ложное срабатывание сигнала земля.

Перечислим основные причины ложного срабатывания сигнала «земля» в сети 6-35кВ:

Значительное отличие емкостей фаз относительно земли;

Неполнофазное отключение трансформатора;

Подключение к участку сети другого некомпенсированного участка сети, в том числе автоматическое (работа АВР);

Обрыв фазы (перегорание предохранителя) по стороне ВН или НН силового трансформатора. При этом будет незначительный перекос напряжений;

Обрыв фазы (перегорание предохранителей, отключение автоматического выключателя или другая причина) трансформатора напряжения, который предназначен для контроля изоляции данного участка сети. При обрыве фазы по стороне НН одна фаза будет показывать ноль, а две другие фазное напряжение. При обрыве фазы по высокой стороне (ВН) показания приборов контроля изоляции будут несимметричные. При этом определить, сгорел предохранитель или нет по показаниям приборов сложно, так как перекос незначительный.

Рассмотрим случай незначительного перекоса фаз (ложное срабатывание сигнала замыкания на землю). Когда перегорает предохранитель по высокой стороне ТН, кратковременно появляется сигнал «земля», затем наблюдается незначительный перекос фазных и линейных напряжений. Причиной такого перекоса может быть отличные емкости фаз по отношению к земле. В данном случае можно попробовать поочередно отключить присоединения, которые питаются от данного участка сети (секции или системы шин). Если показания приборов контроля изоляции не изменяются, то высока вероятность того, что причиной такого перекоса напряжений является перегорание предохранителя по стороне ВН трансформатора напряжения.

Отыскание однофазного замыкания осуществляется при помощи специального прибора или методом поочередных отключений. В данном случае производится поочередное отключение присоединений, запитанных от секции (системы) шин, где ТН показывает наличие повреждения, а также присоединения участков электрической сети, которая электрически связана с этой секцией (системой) шин.

Если после отключения линии сигнал «земля» пропал, то это свидетельствует о том, что замыкание на «землю» было на данной линии. Данное присоединение можно ввести в работу только после выяснения причины возникновения однофазного замыкания.

Если методом поочередных отключений отходящих присоединений поврежденный участок найти не удалось, то следует отключить все присоединения участка сети, где появилась «земля», убедиться в том, что сигнал о однофазном замыкании устранился. Затем необходимо поочередно включить отходящие присоединения. Если включение одной из отходящих линий совпало с появлением сигнала «земля», то данное присоединение необходимо отключить и не вводить в работу до выяснения причины срабатывания сигнала «земля». Соответственно, если при включении в работу предварительно выведенного в ремонт присоединения появилась «земля» данное присоединение должно быть немедленно отключено. Бывают также ситуации, когда при отключении всех отходящих линий сигнал «земля» не устраняется. Это свидетельствует о том, что возникло повреждение на оборудовании подстанции, например, на участке от силового трансформатора до секции шин включительно. Прежде всего, необходимо определить, повреждение находится на секции шин или на другом оборудовании (вводной выключатель, ошиновка от силового трансформатора до вводного выключателя). Для этого отключаем вводной выключатель данной секции, включаем секционный выключатель. Если по секции, к которой присоединен этот участок сети, появился сигнал «земля», то повреждение находится на секции шин. Поврежденная секция должна быть выведена в ремонт для устранения повреждения.

Если сигнал «земля» отсутствует, то повреждение находится на участке от силового трансформатора до вводного выключателя секции включительно. В данном случае необходимо произвести осмотр оборудования данного участка распределительного устройства на предмет наличия повреждений. Если причиной возникновения «земли» является пробой изоляции, то, скорее всего, визуально повреждение найти не удастся.

Для отыскания повреждения необходимо вывести данный участок распределительного устройства в ремонт. Отыскание дефекта изоляции производится электролабораторными испытаниями оборудования.