Отыскание земли в сети с изолированной нейтралью

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 (шагового напряжения).

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, несимметричная нагрузка потребителя.

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.

Действия оперативного персонала электроустановки по отысканию места замыкания на «землю».

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.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ

В отечественных энергосистемах электрические сети напряжением 6-35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое индуктивное сопротивление дугогасящего реактора (ДГР), а также с заземлением через большое активное сопротивление. В отличие от сети с глухозаземленной нейтралью, однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождается появлением больших токов КЗ, поскольку ток повреждения замыкается на землю через очень большие сопротивления емкостей фаз сети.

Рассмотрим характер изменения напряжения и токов в сети и их векторные диаграммы в нормальных условиях и при однофазном замыкании на землю (К3(1))в режиме, когда нейтраль сети изолирована, замкнута через дугогасящий реактор или через активный резистор. Для упрощения принимаем, что нагрузка сети отсутствует. Это позволяет считать фазные напряжения во всех точках сети неизменными и равными ЭДС фаз источника питания. На рис.9.1 приведена радиальная сеть с изолированной нейтралью с источником питания (генератором или понижающим трансформатором) и одной эквивалентной ЛЭП, условно представляющей всю сеть. Распределенная емкость фаз относительно земли заменена эквивалентной сосредоточенной емкостью С0. Сопротивления R и XЛЭП не учитываются. Емкость источника питания также не учитывается вследствие ее малого значения.

В нормальном режиме напряжения проводов А, В и С поотношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям UA,UB, UC,которые при отсутствии нагрузки равны ЭДС источника питания ЕА, ЕВ, ЕC.Векторы этих фазных напряжений образуют симметричную звезду (рис.9.2, а), а их сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали N отсутствует: UN = 0. Под действием фазных напряжений через емкости фаз относительно земли СА, СВ, ССпроходят токи, опережающие фазные напряжения на 90°:

(9.1)

Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме, равна нулю, и поэтому 3I0отсутствует (рис.9.2, а).

Металлическое замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. Допустим, что повредилась фаза А (см. рис.9.1), тогда ее фазное напряжение относительно земли снижается до нуля (UA = 0). Напряжение нейтрали UN(1) по отношению к земле становится равным UN = UKN (рис.9.1 и 9.2, б), т.е. напряжению, равному по значению и обратному по знаку заземлившейся фазы:

(9.2)

Напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышаются до междуфазных значений UB(1)= UBA и UС(1)= UСA. Междуфазные напряжения остаются неизменными, что видно из рис.9.1 и 9.2.

На рис.9.2, б построена векторная диаграмма напряжений проводов и нейтрали сети по отношению к земле (UB(1),UС(1), UN): точки А, В, С представляют потенциалы проводов, точка N соответствует нейтрали источника питания, точка А связана с землей и имеет нулевой потенциал.

Токи при замыкании на землю. В месте повреждения К проходят токи, замыкающиеся через емкости неповрежденных фаз сети (9.1). Поскольку UA= 0, то IA(C) = 0. В двух других фазах под действием напряжений U‘Bи U‘Cпоявляются токи, опережающие на 90° эти напряжения:

(9.3)

Ток Iз(C) в месте повреждения равен сумме токов в фазах В и С (рис.9.1): Iз(C) = (IB(C) + IC(C)). С учетом (9.3)

(9.4)

Таким образом, ток Iз(C) равен утроенному значению нормального емкостного тока фазы Iф(C) = Uф/XC. Из рис.9.2, б видно, что ток Iз(C) опережает от UN на 90°. Ток Iз(C) может быть определен по формуле

где l – общая протяженность одной фазы сети; Суд – емкость 1 км фазы относительно земли.

В воздушных сетях Iз(C) находится в пределах от долей до нескольких десятков ампер; в кабельных – от нескольких ампер до 200-400 А в сетях больших городов.

Токи и напряжения нулевой последовательности при замыканиях на землю. При замыкании на землю в фазных напряжениях и токах появляются составляющие НП:

(9.5)

(9.6)

(9.7)

Поскольку сопротивление проводов значительно меньше ХС,во всех точках сети Uo= UoK. Токи I0, возникающие под действием UoK,замыкаются через емкость фаз и заземленные нулевые точки генераторов и трансформаторов, если такие заземления имеются. Из распределения токов I0, показанного на рис.9.3, следует:

(9.8)

где Uф – нормальное напряжение поврежденной фазы.

Из приведенного рассмотрения можно сделать вывод, что емкостный ток в месте замыкания

(9.9)

Токи 3I0(C) и Iз(C) совпадают по фазе и опережают вектор напряжения.

Компенсированная сеть. Рассмотрим сеть, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор ДГР,предназначенный для компенсации емкостных токов в месте повреждения (рис.9.4). При замыкании на землю напряжения во всех точках такой сети имеют те же значения, что и в сети с изолированной нейтралью. При наличии ДГРпод действием напряжения UoK= UN= –ЕАвозникает индуктивный ток IДГР, который проходит по замкнувшейся на землю фазе А поврежденной ЛЭП W1 к месту замыкания К и по земле возвращается в ДГР:

IДГР = –ЕА/ХДГР Этот ток накладывается на емкостный ток Iз(С) – Являясь индуктивным, IДГР противоположен по фазе Iз(С) – Результирующий ток

При полной компенсации, которую обычно стремятся обеспечить, IДГР = Iз(С) = 3ЕА ωС0,и тогда результирующий ток Iз=0.

Емкостный ток НП I0(С) (рис.9.4, а) проходит по всем неповрежденным и поврежденной ЛЭП. Ток IДГР проходит только по поврежденному присоединению W1. Ток I0в обмотках генератора отсутствует, поскольку нулевая точка его изолирована. В неповрежденных ЛЭП (wп) сумма фазных емкостных токов при замыканиях на землю всегда отлична от нуля и равна 3I0(C)Wп. Токи I0(C)Wп направлены к шинам, их значения определяются емкостями С0 ЛЭП:

(9.10)

В поврежденной ЛЭП W1 на участке от шин подстанции до точки замыкания К ток 3I0п.л равен суммарному току ∑3I_0(С)∑ = Iз(С) в месте повреждения за вычетом тока

. (9.11)

Ток 3I0(С)п.л направлен от шин подстанции к месту замыкания, он всегда противоположен токам 3I0(С) в неповрежденных ЛЭП.

При наличии ДГР ток в начале поврежденной ЛЭП 3I0п.л равен разности токов IДГР дугогасящего реактора и суммарного емкостного тока неповрежденных ЛЭП:

(9.12)

При полной компенсации IДГР = ∑3I0(С)нп.л и тогда

(9.13)

Следовательно, в компенсированной сети в начале поврежденной ЛЭП (между шинами и точкой К)проходит остаточный индуктивный ток ДГР, численно равный емкостному току поврежденной ЛЭП (W1 на рис.9.4). Направление этого тока при полной компенсации будет совпадать с направлением тока в неповрежденных ЛЭП. Распределение токов I0, показанное на рис.9.4, справедливо для любых значений ω, т.е. для всех гармоник (кроме кратных трем) токов I0и Iф

Токи в сети с активным сопротивлением. Иногда параллельно дугогасящему реактору включается резистор R(показано пунктиром на рис.9.4). Тогда, кроме токов I0(С)и IДГР, появляется третий ток IR = UоK/R,совпадающий по фазе с UоK и сдвинутый на 90° по отношению к токам I0(С)и IДГР. Таким образом, при наличии резистора Rток в месте повреждения

(9.14)

При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы UA= I3Rп = UoK, а напряжение в нейтрали UN = –EA + UK, т.е. оно оказывается меньшим, чем при металлическом замыкании. Соответственно уменьшаются напряжения неповрежденных фаз относительно земли, а также токи I0 и I3. В емкости поврежденной фазы появляется ток

В расчетах снижение тока и напряжения НП, обусловленное сопротивлением Rп,учитывается коэффициентом полноты замыкания β = UоК/Uф. При металлическом замыкании β = 1, так как UoK= Uф. При неполном замыкании на землю UoK = βUФ, ток I0= βUф/ХC, а ток

(9.15)

Источник