ГЛАВА VIII
СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ НЕКОМПЕНСИРОВАННЫХ СЕТЕЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ
Заземление нейтрали через высокоомное сопротивление, силовой трансформатор или ТН
В гл. III приведены соотношения параметров контура нулевой последовательности при включении в нейтраль сети резистора. Здесь рассмотрим известные схемы и устройства наложения активного тока, которые уже находят применение на практике.
Наиболее простым способом наложения активного тока является подключение резистора к нейтрали сети наглухо или при необходимости ограничения мощности резистора с помощью высоковольтного коммутирующего устройства. Однако такое включение резистора еще не находит широкого применения на практике вследствие сложности выполнения высоковольтных резисторов.
В настоящее время промышленностью выпускаются мощные бетэловые резисторы [80]. Удельное электрическое сопротивление бетэла технологическим путем может изменяться в пределах 10-1—105 Ом-см при допустимой напряженности поля 200—1500 В/см и удельной разрушающей энергии 50—500 (Н-м)/см3.
Бетэловые резисторы практически не имеют индуктивности, обладают высокими энергетическими параметрами и специфической нелинейностью вольт-амперных характеристик [10, 80].
Как видно из рис. 50, а, сопротивление бетэлового резистора резко падает с увеличением приложенного напряжения, уменьшаясь примерно в 2 раза по сравнению с его начальным значением R0. При этом 70—80 % полного спада приходится на начальную фазу импульсного воздействия.
Рис. 50.Экспериментальные зависимости для образцов бетэловых резисторов R= f (и),
Rэ=f (Uэ) (а), секундные (б) и вольт-амперные характеристики (в):
1 — du/dt- 1.34 кВ/мкс, 2 — 4 — du/df — 2,3 кВ/мкс
Для резисторов с R0= 500 + 5000 Ом при увеличении прикладываемого напряжения от 0 до 30— 60 кВ (рис. 50, а) время спада сопротивления составляет порядка 5—40 мкс (рис. 50, б). Вольт-амперные характеристики бетэловых резисторов приведены на рис. 50, в. На этих кривых можно выделить два участка нелинейный начальный и последующий практически линейный.
Бетэловые резисторы находят широкое применение на практике для шунтирования контактов высоковольтных выключателей. По нашему мнению, использование их для наложения активного тока в сетях напряжением до 35 кВ с целью повышения надежности их работы требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
В электрических сетях с емкостным током более 3 А и в сетях, где не требуется автоматическое отключение линии с однофазным замыканием на землю, может быть использован измерительный трансформатор типа НТМИ с первичными обмотками, включенными между фазами сети и землей, и вторичными — соединенными в разомкнутый треугольник и замкнутыми на активное сопротивление [101]. Включение резистора сопротивлением 25 Ом в определенной мере служит средством защиты от самопроизвольных смещений нейтрали, но не обеспечивает эффективной их защиты при феррорезонансных явлениях. Кроме того, такое устройство наложения активного тока значительно дороже устройства с однофазным трансформатором, включенным между нейтралью и землей [62J.
Мощность трехфазного трансформатора, в нейтраль которого подключается резистор, определяется схемой соединения его обмоток и мощностью резистора [11, 47]. Наиболее целесообразно применение трансформаторов с соединением обмоток по схеме треугольник /звезда или звезда /зигзаг и мощностью, примерно вдвое превышающей мощность резистора. В случае использования трансформатора со схемой соединения звезда /звезда его мощность должна в 4,5—5 раз превышать мощность резистора.
Как уже отмечалось, для наложения активного тока замыкания на землю в сетях напряжением 6—10 кВ при емкостном токе Iсм, не превышающем 2,5—4 А, можно использовать трехфазный трансформатор напряжения типа НТМИ с короткозамкнутой вторичной обмоткой, соединенной в треугольник. С помощью таких трансформаторов создается активный ток Iам = 1,6 : 2 А [105|, при этом необходимо учитывать их термическую стойкость: они не могут работать в указанном режиме при длительном замыкании на землю в сети. Поэтому указанное использование трансформаторов НТМИ должно практиковаться главным образом при действии защиты от замыканий на землю в сети на отключение.
В случае действия защиты на сигнал должна предусматриваться специальная блокировка, разрывающая цепь обмотки, соединенной в треугольник, через несколько секунд после возникновения замыкания на землю в сети.
Рис. 51. Схемы устройств наложения активного тока с однофазным трансформатором при включении одною резистора на вторичную его обмотку (а) и при включении второго резистора с помощью тиристоров (б): 1 — трансформатор собственных нужд питающей подстанции; 2 — разъединитель;
3— однофазный трансформатор, 4 — резистор, 5 — автоматический выключатель, 6— предохранитель, 7 —блок управления тиристорами, 8 — тиристорный переключатель переменного тока (ППТ)
Независимо от действия защиты на отключение или на сигнал для предотвращения повреждения трансформатора напряжения, используемого для указанной цели, в цепь этой обмотки включается автомат максимального тока с зависимой характеристикой. Таким образом предотвращается длительное прохождение тока, например, при отказе защиты, действующей на отключение, при отказе блокировки, а также при проведении испытаний защиты.
Для наложения активного тока замыкания на землю на практике применяются также устройства со специальным трансформатором, включенным между нейтралью и землей [62]. Схема такого устройства приведена на рис. 51, а. Высоковольтная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на фазное напряжение сети и на ток, равный 0,66 максимального тока замыкания на землю. Оптимальные значения напряжения вторичной обмотки находятся в пределах 300—500 В, а ток определяется сопротивлением резистора. Мощность трансформатора выбирается с учетом мощности, рассеиваемой на резисторе, например, для сети напряжением 10 кВ с емкостным током 5 А мощность трансформатора составляет около 20 кВ-А.
Мощности трансформатора и резистора могут быть в 2—3 раза снижены введением коммутатора в цепь низковольтной обмотки [63]. Схема устройства наложения активного тока с коммутатором приведена на рис. 51, б. Данное устройство отличается от предыдущего тем. что при устойчивых замыканиях на землю с помощью силовых тиристоров к вторичной обмотке подключается второй резистор. Блок управления тиристорами питается от вторичной обмотки однофазного трансформатора.
Сопротивление резисторов определяется по емкостному току замыкания на землю, и для сети напряжением 10 кВ с Iс = 6 А резистор, подключенный постоянно, имеет сопротивление 20 Ом, а коммутируемый — 10 Ом.
При включении активного заземляющего сопротивления (высокоомного резистора или однофазного трансформатора с резистором во вторичной цепи) между нейтралью трехфазного силового трансформатора и землей необходимо учитывать сопротивление нулевой последовательности этого трансформатора. Оно геометрически складывается с активным заземляющим сопротивлением. (Подробнее о сопротивлении нулевой последовательности трансформаторов см. в гл. I и в параграфе 2 гл. V),
