Режим эффективного заземления нейтрали проще всего выполнить, глухо заземлив нейтрали всех трансформаторов и автотрансформаторов, присоединенных к сети. Однако в большинстве случаев такое решение неприемлемо, так как оно влечет за собой значительное увеличение токов однофазного к.з.
В последние годы в ряде электрических сетей напряжением 110—750 кВ сложились условия, при которых результирующее сопротивление Хс становится меньше единицы, а отношение токов I3/I(3)к.э = m превышает единицу [65]. В некоторых случаях это отношение достигает т = 1,1:1,25. Такое положение объясняется вводом в эксплуатацию значительного числа энергоблоков мощностью 300 мВт и выше, обычно с заземленной нейтралью обмоток повышенного напряжения трансформаторов, а также широким применением силовых автотрансформаторов большой мощности с заземленной нейтралью обмоток.
В подобных случаях возникает необходимость в проверке коммутационной способности выключателей по току однофазного к.з. Условия работы - выключателей дополнительно утяжеляются также в связи с тем, что однофазные к.з. в сетях возникают значительно чаще, чем двух- и трехфазные.
В связи со сказанным становится весьма актуальной задача снижения коэффициента т до единицы, а иногда даже до значений значительно меньших единицы. Для этой цели применяют различные способы ограничения токов однофазного к.з. увеличением результирующего сопротивления нулевой последовательности сети относительно точки повреждения [65]. В первую очередь принимаются меры для увеличения сопротивления цепей заземления трансформаторов и автотрансформаторов. Однако при этом не следует забывать об ограничениях, связанных с условиями работы изоляции трансформаторов при коммутационных и атмосферных перенапряжениях и, в особенности, при однофазных к. з. на землю в сети.
Силовые трансформаторы с номинальным высшим напряжением 110 кВ и больше, выпускавшиеся до 1968 г., имеют невысокую изоляцию нейтрали класса 35 кВ. Действующее испытательное одноминутное напряжение для этой изоляции принимается равным 85 кВ. Для трансформаторов, которые изготовляются сейчас, предусматривается усиленная изоляция нейтрали.
При номинальном напряжении 110, 150 и 220 кВ одноминутное испытательное напряжение изоляции для этих трансформаторов составляет соответственно 110, 130 и 200 кВ (ГОСТ 1516—68 и ГОСТ 1516—73). Нейтрали этих трансформаторов разрешается не заземлять при условии установки соответствующих разрядников. Указанные выше значения принимаются в качестве расчетных предельных напряжений на нейтрали указанных трансформаторов при замыкании на землю в сети. Для проверки выполнения этих требований в конкретных условиях можно воспользоваться кривыми, представленными на рис. 25, 27.
Для трансформаторов более высоких напряжений в настоящее время не допускается разземление нейтрали, поэтому для них испытательные напряжения изоляции нейтрали не нормируются.
В сетях напряжением 110 кВ и более обязательным является выполнение условия эффективного заземления нейтрали. Необходимые при этом соотношения между сопротивлениями можно найти по кривым, приведенным на рис. 28.
По условиям работы выключателей желательно, чтобы отношение токов Iэ//Iк(3) = т не превышало т = 1, а в некоторых случаях было значительно меньше единицы. Для этого требуются определенные соотношения между результирующими сопротивлениями сети Х0, Хн, R, которые можно найти по кривым, показанным на рис. 29.
Из изложенного вытекает, что при выборе способов реализации режима эффективного заземления нейтрали в сетях напряжением 110 кВ и более необходимо учитывать ряд противоречивых требований, рассмотренных в гл. V.
На рис. 52, а—п приведены основные принципиальные схемы заземления нейтрали, применяемые в сетях рассматриваемого вида [65]. В случае разземления нейтрали или значительного сопротивления ZH в схемах, приведенных на рис. 52, а—н, защита изоляции от перенапряжений осуществляется с помощью соответственно выбранных вентильных разрядников. На рис. 52, а изображена типовая схема заземления нейтрали трансформаторов 110—220 кВ. По этой схеме нейтраль может быть глухо заземлена или разземлена с помощью заземлителя или короткозамыкателя.
В связи с тем что разрядник не рассчитан на сопровождающий ток к.з., более совершенной является схема, представленная на рис. 52, б. Здесь для защиты разрядника предусмотрено автоматическое устройство РЗА, воздействующее на замыкатель, быстро заземляющий нейтраль наглухо.
В схемах, показанных на рис. 52, в, г, трансформатор нормально работает с изолированной нейтралью, а при возникновении в сети к. з. на землю срабатывает устройство РЗА и под его воздействием коммутационный аппарат включает заземляющий реактор или резистор.
По схеме, приведенной на рис. 52, д, в цепь заземления включен контур CLR, настроенный в резонанс на рабочей частоте сети. Применяемый при этом реактор со стальным магнитопроводом L при появлении на нейтрали достаточного напряжения насыщается, контур расстраивается и в цепь нейтрали вводится необходимое активноиндуктивное сопротивление.
Рис. 52. Схемы заземления нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов.
Предусмотренная в данной схеме емкость предназначена для защиты изоляции трансформатора от импульсных перенапряжений. В данной схеме разрядник выполняет роль дополнительного защитного элемента.
В схемах, представленных на рис. 52, е—з, нейтраль трансформатора постоянно заземлена соответственно через насыщающийся реактор, реактор с линейной характеристикой или резистор. В первой из этих схем сопротивление реактора изменяется в зависимости от напряжения на нейтрали, и таким путем это напряжение существенно ограничивается.
На рис. 52, и, к в нормальном режиме нейтраль глухо заземлена. Если при замыкании на землю в сети ток в нейтрали превышает заданное значение, то отключается быстродействующий выключатель и в цепь нейтрали вводится реактор или резистор.
В схеме, приведенной на рис. 52, л, в цепь нейтрали включены последовательно два контура. Емкостное сопротивление одного из них значительно превышает его индуктивное линейное сопротивление, а индуктивное нелинейное сопротивление второго контура в ненасыщенном состоянии значительно больше его емкостного сопротивления. В нормальном режиме
оба контура вместе настроены на резонанс напряжений при рабочей частоте сети. При к.з. на землю в сети сопротивление Хд вследствие повышения напряжения на нейтрали и насыщения реактора уменьшается, резонанс нарушается, и в результате в цепь нейтрали вводится необходимое результирующее активно-индуктивное сопротивление. Конденсаторы С1 и С2 выполняют также функции дополнительной защиты элементов схемы от импульсных перенапряжений.
Схема, приведенная на рис. 52, м, сходна со схемой, представленной на рис. 52, л, но в ней нарушение резонансной настройки контуров достигается с помощью автоматического устройства и быстродействующего выключателя, вводящего в схему активное сопротивление параллельно емкости С2.
На рис. 52, н показана схема включения трансформатора (вместо автотрансформатора связи), при которой достигается деление сети на две части (ВН и СН) и, как следствие, увеличение сопротивлений нулевой последовательности в обеих частях сети. Нейтраль трансформатора на стороне СН может быть глухо заземлена или разземлена.
В работе [65] указано, что некоторого ограничения токов к.з. на землю можно добиться путем безынерционного размыкания цепи дополнительной обмотки автотрансформатора связи, соединенной в треугольник, как показано на рис. 52, б, или введением в эту цепь реактора или резистора (рис. 52, п). Однако отмечается, что в большинстве случаев такие способы ограничения токов неприемлемы по условиям работы изоляции как самого автотрансформатора, так и сети среднего напряжения.
Ограничение токов однофазного к.з. может быть осуществлено также включением токоограничивающих устройств не в цепи нейтрали, а непосредственно в фазы линий электропередачи.
В конкретных условиях исполнение и параметры заземления нейтрали в сетях напряжением 110 кВ и более выбираются с учетом требований ограничения тока однофазного к.з. на землю и напряжений на неповрежденных фазах и на нейтрали и соотношений, полученных в гл. V. При этом должны учитываться параметры трансформаторов и автотрансформаторов с заземленной нейтралью.
Для каждой сети выполняется ряд расчетов при замыканиях на землю в различных условных точках. Во многих случаях наряду с выполнением условия эффективного заземления нейтрали удается ограничить отношение токов одно- и трехфазного к.з. до m≤1.
Методика таких расчетов рассмотрена, например, в работе [2]. В основе этой методики лежит обеспечение заданного коэффициента заземления, т. е. относительного напряжения неповрежденной фазы при однофазных к.з. на землю во всех основных узловых точках системы при заданном составе оборудования, схеме и режиме работы системы.
В результате расчетов определяют сопротивления нулевой последовательности для всех узлов сети, при которых обеспечиваются заданные значения относительного сопротивления Х0 выбирают схему заземления нейтрали из числа представленных на рис. 53, а — п и параметры ее элементов.
