Использование трансформатора заземления нейтрали

Для повышения чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю используют трансформатор заземления нейтрали.

В нормальном режиме высокоомный резистор, и при необходимости дугогасящий реактор (ДГР) подключаются к нейтрали специального трансформатора заземления нейтрали (ТЗН).

Чтобы обеспечить чувствительность и селективность защиты от ОЗЗ необходимо кратковременно увеличить ток через устройство защиты. Обоснование возможности кратковременного индуктивного заземления нейтрали специальным трансформатором заземления нейтрали. При возникновении на линии ОЗЗ трансформатор через 0,5 с кратковременно подключается выключателем к сборным шинам. Благодаря глухому заземлению нейтрали создается ограниченный индуктивностью ТЗН ток однофазного короткого замыкания, достаточный для обеспечения чувствительности от ОЗЗ и создания условия гашения дуги.

Защита действует без выдержки времени на отключение линии. Выключатель с заданной выдержкой времени отключается. Отключение линии предотвращает двойные замыкания на землю (ДЗЗ) и многоместные замыкания на землю (МЗЗ), неизбежные в сетях напряжением 6-10 кВ с высокой изношенностью кабелей и оборудования.

Такой режим отключения поврежденных кабельных линий несколько лет проходит опытную эксплуатацию в ОАО «Пятигорские электрические сети». Однако, отключение линий возможно только при наличии надежного резервирования и в случаях, оговоренных правилами устройств электроустановок. Предотвращения перехода ОЗЗ в ДЗЗ или МЗЗ осуществляется резистором Rн (см. рисунок 1), подключенным к нейтрали ТЗН. В нормальном режиме выключатель Q3) в цепи ТЗН отключен. При ОЗЗ срабатывают реле контроля изоляции KSV1 и (или) реле тока КА1, или устройство определения поврежденной фазы (см. рисунок 1). После замыкания контактов срабатывает реле времени КТ1, замыкающиеся контакты которого включают выключатель Q3. Выключатель Q3 шунтирует сопротивление Rн и ДГР.

Рис.1 — Поясняющая схема и схема автоматического заземления нейтрали

Замыкающиеся контакты реле КТ1 с выдержкой времени 0,3 с отключают выключатель Q3. При замыкании этих контактов срабатывает промежуточное реле KL1. Размыкающие контакты реле разрывают цепь КТ1. Возврат схемы осуществляется дежурным с помощью ключа SА. При этом реле К13 замыкает свои контакты в цепи реле КТ1. После отключения выключателя Q3 сеть вновь переходит в режим с заземленной нейтралью через высокоомное сопротивление и при необходимости через ДГР.

При увеличении тока через реле срабатывает защита от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени 0,2 с. Отключение выключателя выполняется с выдержкой времени 0,2 с. Сеть вновь переходит в режим с нейтралью, заземленной через резистор. Сопротивление резистора определяется по выражению:

где:

• ΔI — ток расстройки компенсации;
• Ic – суммарный емкостной ток ОЗЗ с учетом возможного его увеличения при развитии сети (при отсутствии компенсации);
• Uном — номинальное напряжение сети.

Для подключения резистора возможно использование фильтров присоединения нулевой последовательности серии ФМЗО или ТЗН.

Мощность трансформатора:

где:

• Iр — максимальный ток ДГР;
• k – допустимый коэффициент перегрузки. Для ТЗН k = 1,4, для фильтра — 1,25.
  

Например, в сети 10 кВ при ΔIc =5 А, Iр = 50 А сопротивление резистора в соответствии с (1) Rн =1155 Ом. Принимаем сопротивление резистора равное Rн = 1000 Ом, в соответствии с (2) мощность ТЗН составит Sтзн = 208 кВА, мощность фильтра — 232 кВт. Так как максимальная мощность фильтра составляет 200 кВ А, к установке следует принять ТЗН мощностью 250 кВ А. Предельно возможное значение тока искусственного однофазного К.З. может быть определено по выражению:

где: Uк — напряжение короткого замыкания.

При Uк= 4,5% предельно допустимый ток К.З.

Вывод:

Чтобы обеспечивалась чувствительность защиты от ОЗЗ с действием на сигнал целесообразно кратковременное глухое заземление нейтрали и шунтирование высокоомного сопротивления и ДГР. После обнаружения повреждения сеть вновь переходит в режим заземления нейтрали через высокоомное сопротивление и ДГР.

Таким образом обеспечивается чувствительность защиты, сокращается время обнаружения повреждения, уменьшается уровень перенапряжений, вероятность перехода ОЗЗ в ДЗЗ, МЗЗ, уменьшается опасность поражения электрическим током. Кратковременное однофазное короткое замыкание позволяет обнаружить место повреждения кабельной линии с помощью информационно-вычислительных комплексов, таким образом, сократив время устранения повреждения.