Обоснование эффективности резистивного заземления нейтрали сетей 6(10) кВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Корепанов, Александр Александрович

• Корепанов, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Корепанов, Александр Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВНУТРЕННИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ 6(10) КВ

1.1. КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

1.2. ДУГОВЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ, ЗАЗЕМЛЕННОЙ ЧЕРЕЗ РЕЗИСТОР ИЛИ

ДУГОГАСЯЩИЙ РЕАКТОР НЕЙТРАЛЬЮ

1.2.1. Дуговые перенапряжения в сетях

с изолированной нейтралью

1.2.2. Дуговые перенапряжения в сетях с нейтралью, заземленной через резистор

1.2.3. Дуговые перенапряжения в сетях

с компенсацией емкостного тока

1.3. ОГРАНИЧЕНИЕ ДУГОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

С ПОМОЩЬЮ ОПН

1.4. ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ТОКОВ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ РЕЗИСТИВНОМ ЗАЗЕМЛЕНИИ НЕЙТРАЛИ СЕТЕЙ 6(10) КВ

2.1. РАСЧЕТ ТОКОВ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ВЫБОРА УСТАВОК РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ СЕТЕЙ 6(10) КВ

2.1.1. Устойчивое однофазное замыкание на землю

2.1.2. Однофазные замыкания через перемежающуюся дугу

2.2. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕЗИСГИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

2.2.1. высокоомное резистивное заземление нейтрали

2.2.2. низкоомное резистивное заземление нейтрали

ГЛАВА 3. КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

В СЕТЯХ 6(10) КВ

3.1. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ КОММУТАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

3.2. КОММУТАЦИОННЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ, СОЗДАВАЕМЫЕ ВАКУУМНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ, И ИХ ОГРАНИЧЕНИЕ

3.2.1. Экспериментальные данные по коммутационным

перенапряжениям, связанными с отключением электродвигателей и трансформаторов

3.2.2. Математическая модель вакуумного выключателя

3.2.3. Схемы замещения элементов сети при расчетах перенапряжений

3.2.4. Перенапряжения, создаваемые в сети вакуумными выключателями при отключении электродвигателей

3.2.5. Перенапряжения, создаваемые вакуумными выключателями при отключении ненагруженных трансформаторов

3.2.6. Ограничение перенапряжений в цепях, коммутируемых вакуумными выключателями

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование эффективности резистивного заземления нейтрали сетей 6(10) кВ»

ВВЕДЕНИЕ

Согласно принятым в России нормам [1], сети 6(10) кВ относятся к сетям с малыми токами замыкания на землю и должны работать или с изолированной, или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью. Опыт эксплуатации показывает, что подавляющее большинство нарушений нормальной работы этих сетей связаны с повреждением изоляции относительно земли — с однофазным замыканием на землю. В распределительных сетях 6(10) кВ эти повреждения составляют не менее 75% от общего числа повреждений. Примерно 80% случаев замыканий на землю развивались в междуфазные короткие замыкания [2], что снижает надежность систем электроснабжения вследствие существенного увеличения числа отключений с большим током короткого замыкания, с расходованием ресурса выключателя, с глубокой посадкой напряжения, с возможностью отказа АВР. Статистическая обработка аварийных и неаварийных происшествий в этих распределительных сетях показывает, что развития замыканий на землю в междуфазные короткие замыкания от действия заземляющих дуг составляют приблизительно 35%, а от перенапряжений — 65% [2].

В принципе, имеется возможность обеспечить надежную работу всей системы электроснабжения и не отключать потребителей в условиях сохраняющегося однофазного замыкания в течение некоторого времени, необходимого для поиска и устранения повреждения или включения резервного питания. Однако, для этого прежде всего необходимо, чтобы ток в месте повреждения был настолько мал, чтобы по возможности было обеспечено его самогашение или переход в устойчивое состояние горения дуги с малой вероятностью перехода в междуфазные повреждения. Такими допустимыми токами у нас считаются токи не более 5 А для сетей, содержащих высоковольтные электрические машины, и не более 30, 20,10 А для остальных сетей 6, 10,35 кВ, соответственно [3]. Заметим, что во многих странах безопасные значения токов

значительно ниже. Так, например, многолетний опыт эксплуатации сетей классов напряжений 4-15 кВ в Соединенных штатах привел к требованию ограничить во всех случаях величину тока значением не более 7...10 А [4-5]. Применение дугогасящих реакторов (ДГР) в сетях также должно гарантировать достаточно малый ток в месте повреждения.

Однако не только ограничение величины тока в месте повреждения дает V' гарантию локализации и дальнейшего неразвития этого повреждения. Однофазным повреждениям в сети сопутствует большое разнообразие внутренних перенапряжений, делающих небезопасным длительное существование однофазного замыкания и приводящих к пробоям изоляции в других точках ' сети, т. е. — к возникновению многоместных повреждений. Наиболее типичными перенапряжениями являются: дуговые, связанные с перемежающимся характером дуги; перенапряжения, вызываемые обрывом заземляющих дуг, возникающие при отключениях двойных и междуфазных к. з., при обрыве тока в ДГР; коммутационные перенапряжения, связанные с технологическими и аварийными переключениями; резонансные перенапряжения в сетях с ДГР; резонансные перенапряжения на высших гармониках; многообразные феррорезонансные явления и перенапряжения [6]. Отсутствие каких-либо мер по ограничению многообразных перенапряжений в наших сетях приводит к тому, что повреждаемость оборудования остается весьма высокой и для сетей с токами замыкания меньше 5... 10 А.

И, наконец, третьей стороной проблемы, призванной повысить надежную работу системы электроснабжения в условиях однофазного замыкания, должно стать требование повсеместного использования устройств релейной защиты от замыканий на землю, обеспечивающих быстрое обнаружение, сигнализацию и (или) отключение поврежденного присоединения.

Опыт эксплуатации сетей 6-35 кВ в России как с изолированной нейтралью так и с ДГР показывает, что отсутствие тщательного контроля за величиной результирующего тока замыкания на землю (желательно до величины не большей 5...10 А с учетом раскомпенсации ДГР и активных потерь в сети, а также высших гармоник тока), отсутствие каких-либо мер ограничения перенапряжений, отсутствие селективных защит от замыканий на землю приводит к высокой аварийности работы сети и часто делает бессмысленной длительную работу с однофазным замыканием, не только не позволяющим повысить надежность работы сети, но, наоборот, увеличивающим ее аварийность.

Способ заземления нейтрали — исключительно важная проблема сетей этих классов напряжения. Она должна решаться индивидуально для каждой характерной электрической системы питания и потребления. Получение максимума преимуществ от выбранного способа заземления нейтрали увязывается со специфическими требованиями производственного процесса, основными из которых, как правило, являются надежность системы электроснабжения и стоимость обеспечения заданной надежности. Большое число факторов, которые должны быть учтены, тем не менее, не всегда могут быть проанализированы только с позиции стоимости. Поэтому наилучшее решение при выборе способа заземления нейтрали — одна из самых трудных задач проектирования системы электроснабжения.

Цель работы — анализ достоинств и недостатков различных систем заземления нейтрали сетей 6(10) кВ с позиции уровня тока замыкания и воздействующих перенапряжений, а также выбор оборудования для заземления нейтрали и устройства релейной защиты.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Корепанов, Александр Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выбором величины резистора при резистивном заземлении нейтрали сетей 6(10) кВ можно добиться любого уровня ограничения резонансного смещения нейтрали в условиях возможной работы сетей при несимметрии э.д.с. или поперечных проводимостей, при резонансной компенсации емкостного тока сети, при несимметричных режимах неполнофазных включений или при однофазных замыканий на землю через индуктивное сопротивление. Величина высокоомного резистора, выбранного по условию (1.17) или (1.18), и низкоомного, требуемого для селективной работы релейной защиты от однофазных замыканий на землю, достаточна для ограничения таких квазистационарных перенапряжений.

2. Самогашение дуги при однофазных повреждениях в сетях 6(10) кВ или отсутствие перехода однофазного замыкания в многофазное в кабельных сетях можно ожидать только при относительно малом токе в месте повреждения, действующее значение которого не превышает 5.10 А (действующее значение включает в себя составляющие промышленной частоты и высших гармоник).

3. Нейтраль сети с малым током замыкания на землю 10 А должна быть заземлена через высокоомный резистор, выбранный по условию (1.17), для снижения кратностей дуговых перенапряжений и опасных срезов напряжения, для уменьшения числа повторных однофазных замыканий в сети и для снижения риска многоместных повреждений.

4. Самогашение дуги в месте однофазного повреждения или отсутствие перехода однофазного замыкания в многофазное в сети с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, можно ожидать при относительно малом остаточном токе в месте повреждения, действующее значение которого не превышает 5.10 А.

5. Обеспечить необходимые малые остаточные токи в месте повреждения, как правило, возможно только с помощью автоматических, непрерывно и плавно регулируемых ДГР, обеспечивающих компенсацию тока, близкую к резонансной. При этом, должно гарантироваться, что максимальное действующее значение остаточного тока самого реактора не превышает 3.5 А.

6. Высокоомный резистор, шунтирующий ДГР, позволяет избежать многократных повторных зажиганий дуги при пробивных напряжениях выше фазного, снижает кратность дуговых перенапряжений и опасных срезов напряжения, уменьшает опасность резонансных явлений.

7. Высокоомные резисторы, выбранные по условиям (1.17) или (1.18), как правило, достаточно эффективно подавляют феррорезонансные перенапряжения, способствуют ликвидации многократных сверхтоков в обмотках измерительных трансформаторов и трансформаторов контроля изоляции, исключая тем самым их термическое повреждение.

8. Нейтрали генераторов электрических станций, работающих по блочной схеме, должны иметь высокоомное резистивное заземление нейтрали.

9. Высокоомные резисторы, обеспечивая должную защиту от перенапряжений, не ухудшают условий гашения дуги, и активный ток, создаваемый ими, как правило, оказывается достаточным для селективной работы простой токовой защиты, которая может действовать как на сигнал, так и на отключение в зависимости от условий обеспечения надежности и безопасности электроснабжения.

10. Низкоомное резистивное заземление нейтрали призвано создать ток при однофазном замыкании десятки и сотни ампер и, естественно, сочетается с устройством релейной защиты, действующей только на отключение. Такое заземление не имеет особых преимуществ с точки зрения ограничения перенапряжений по сравнению со случаем высокоомного резистора, выбранного по формуле (1.17).

11. Если существующая (проектируемая) схема электроснабжения потребителей достаточно надежна (несколько центров питания, наличие устройств АВР и т. д.), то всегда следует отдавать предпочтение немедленному автоматическому отключению однофазных замыканий. Величина тока в месте замыкания должна обеспечивать селективность и чувствительность работы релейной защиты. Этот ток целесообразно создавать с помощью резистора в нейтрали сети. Величина резистора, кроме того, должна быть достаточной для эффективного ограничения дуговых и феррорезонансных перенапряжений.

12. Для защиты от коммутационных перенапряжений необходимо устанавливать как на сборных шинах, так и на коммутируемых присоединениях к трансформаторам и электродвигателям нелинейный ограничитель перенапряжений в непосредственной близости к трансформатору и электродвигателю. Установку ОПН целесообразно сочетать с высокоомным (или низкоомным) резистивным заземлением нейтрали, что существенно снижает уровень рассеиваемой энергии в рабочем сопротивлении ОПН при дуговых и феррорезонансных перенапряжениях и обеспечивает комплексную и надежную защиту оборудования сети от перенапряжений всех основных видов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Корепанов, Александр Александрович, 1998 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

2. Лихачев Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. Издание 15-е, Москва, 1996.

4. IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. (IEE std 142-1991), Published by the IEEE inc., NJ, 1992.

5. Gary N. Wang, William M. Moffart, Laslie J. Vegh, Frank J. Veicht. High-resistance grounding and selective ground fault protection for a major industrial facility. IEEE Trans, on IA, Vol. IA-20, № 4, 1984.

6. Васюра Ю. Ф., Гамилко В. А., Евдокунин Г. А., Утегулов H. И. Защита от перенапряжений в сетях 6-10 кВ. Электротехника, № 5/6, 1994.

7.Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/ Под редакцией И. А. Баумпггейна, С. А. Баженова. М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Шабад М. А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. Изд. ПЭИГЖ, Санкт-Петербург, 1997.

9. Interruption of small inductive currents: Chapter 3, Part A. Electra, № 75, 1981, p. 16-17.

10.1. Капо, T. Hakamada, Y. Kurosawa. Switchig surge phenomena in induction motor windings and their endurance. Hitachi Review, Vol. 24, № 5, 1975, p. 225-232.

11. N. Ueno, H. Toya, Y. Murai. Monte-Carlo simulation of overvoltage generation in the inductive current interruption by vacuum interrupters. IEEE Trans, on PAS, Vol. PAS-103, № 3, March 1984, p. 498-504.

12. E. Colombo, G. Costa, 1. Piccarreta. Results of an investigation on the overvoltages due to a vacuum circuit breaker when switching an H.V. motor. IEEE Trans, on Power Delivery, Vol. 3, № 1, Jan 1988, p. 205-213.

13. S.H.Telander, M.R.Wilhelm, K.B.Stump. Surge limiters for vacuum circuit breaker switchgear. IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 2, № 1, January 1987.

14. Interruption of small inductive currents: Chapter 5: Switching of unloaded transformers, Part 2, Electra, № 134, 1991, p. 29, 34.

15. Базуткин B.B., ЕвдокунинГ.А., Халилов Ф.Х., Ограничение перенапряжений, возникающих при коммутациях индуктивных цепей вакуумными выключателями. Электричество, № 2, 1994.

16. Interruption of small inductive currents: Chapter 5: Switching of unloaded transformers, Part 1, Electra, № 133,1991.

17. A.N.Greenwood, D.R.Kurtz, J.C.Sofianek. A guide to the application of vacuum circuit breakers. IEEE Transaction on Power Application and Systems, Vol. 90, №3,1971.

18. K.Yokokura, S.Masuda, H.Nishikava. Multiple restriking voltage effect in a vacuum circuit breaker on motor insulation. "IEEE Trans, on PAS", Vol. PAS-100, № 4, April 1981.

19. A.T.Roguski. Experimental investigation of the dielectric recovery strength between the separating contracts of vacuum circuit breakers. IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 4, № 2, April 1989.

20. J.EPerkins, D.Bhasavanich. Vacuum switchgear application study with reference to switching surge protection. IEEE Transaction on Industry Application, Vol. 19, № 5, September 1983, p. 879-888.

21. J.D.Gibbs, D.Koch, Dr. P.Malkin, K.J.Cornick. Comparison of perfomance of switching technologies on E CIGRE motor simulation circuit. "IEEE Transaction on Power Delivery'", Vol. 4, №. 3, July 1989.

22. Y. Matsui, T. Yokoyama, E. Umeya. Reignition current interruption characteristics of the vacuum interrupters. IEEE Trans, on Power Delivery, Vol. 3, № 4, Oct 1988, p. 1672-1677.

23. Беляков H.H. Защита от перенапряжений установок с вакуумными выключателями. Электрические станции, № 9, 1994.

24. Васюра Ю.Ф., Гамилко В.А., Евдокунин Г.А., Утегулов Н.И. Защита от перенапряжений в сетях 6-10 кВ. Электротехника, № 5/6, 1994.

25. Нормы испытаний электрооборудования. Изд. пятое. М.: Атомиздат, 1978.

26. IEEE Working group progress report. "Impulse voltage strength of ac rotating machines". IEEE Trans, on PAS, Vol. PAS - 100, № 8, Aug 1981.

27. P.A.Zotos. Motor failures due to steep fronted switching surges: The need for surge protection — user's experience. IEEE Trans, on Industry Appl., Vol. 30, № 6, Nov. 1994.

28. Васюра Ю.Ф., Вильнер A.B., Виткин А.Л., Евдокунин Г.А., Новоселов Н.А., Розет В.Е. Защита сети собственных нужд электростанций нелинейными ограничителями перенапряжений. Электрические станции, № 4, 1989, с. 32-35.