Трансформатор заземления нейтрали в сети генераторного напряжения

В данной статье речь пойдет о трансформаторе заземления нейтрали (ТЗН) устанавливаемый в сети генераторного напряжения.

В сетях 6 и 10 кВ с изолированной нейтралью наиболее распространенным видом повреждений являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) с перемежающейся дугой. Возникающие при этом перенапряжения [до (3 — 4)Uф] весьма опасны для электрооборудования и в первую очередь для генераторов, электродвигателей, кабелей и трансформаторов напряжения.

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения в месте ОЗЗ опасно для людей и животных.

При ОЗЗ в обмотках высоковольтных генераторов для предотвращения прожигания стали статора должно быть обеспечено их быстрое отключение защитой от замыканий на землю. Однако во многих случаях релейная защита не способна отключить при соединение с ОЗЗ из-за недостаточной чувствительности и малых значений емкостною тока ОЗЗ, поэтому вся сеть 6 — 10 кВ длительно находится под воздействием указанных перенапряжений.

Для предотвращения возникновения перенапряжений при ОЗЗ, быстрого отключения ОЗЗ, максимального охвата обмоток генераторов защитой от ОЗЗ, а также предотвращения феррорезонансных явлений в сетях с малыми токами ОЗЗ применяют низкоомное резистивное заземление нейтрали сети 6 (10) кВ с помощью трансформаторов заземления нейтрали (ТЗН).

Отметим, что ТЗН обеспечивают заземление нейтрали сети в режиме, когда генераторы остановлены, поэтому не допускается подключение заземляющего резистора непосредственно в нейтрали статорных обмоток генератора. Подключение заземляющего резистора в нейтрали генератора допускается только при отсутствии связи электростанции с энергосистемой или для блочных схем «генератор — трансформатор».

Ниже рассмотрен способ низкоомного резистивного заземления нейтрали, рекомендованный институтами «Атомэнергoпроект» и «Тяжпромэлектропроект» и широко применяемый на электростанциях ЕЭС России и промышленных предприятиях.

К секции сборных шин через выключатель подключается специальный трансформатор заземления нейтрали со схемой соединения Y/∆. Между нулевой точкой обмотки ВН и «землей» включается резистор Rn c сопротивлением 100 Ом для сетей 6 кВ или 150 Ом для сетей 10 кВ (см. рис. 2.2).

В месте ОЗЗ проходит геометрическая сумма емкостного тока сети Iс и тока I_R создаваемого устройством заземления нейтрали.

При малом емкостном токе Iс им можно пренебречь и считать, что ток ОЗЗ равен току через резистор R_N [Л2]:

Значение тока ОЗЗ при принятых значениях сопротивления R_N по выражению (1) составит при напряжении 6,3 кВ — 36 А, при 10,5 кВ — 40 А [Л2].

Естественно, что эти значения тока обеспечивают четкую работу токовых защит от ОЗЗ на отключение. Рассмотрим, насколько эффективно работают эти защиты при внутренних ОЗЗ в обмотках электрических машин.

Обмотки статора генераторов и электродвигателей обычно соединяют в звезду для исключения потерь от циркуляции токов третьей гармоники. Зону защиты такой обмотки при внутренних ОЗЗ можно определить по выражению [Л2]:

гдe:

• w — число витков обмотки, %, считая от зажимов;
• Iс.з — ток срабатывания защиты от ОЗЗ.

Отсюда видно, что при Iс.з = 4 А и токе ОЗЗ 40 А защита охватывает 90 % витков. Увеличить зону защиты обмотки статора при ОЗЗ можно, снижая ток срабатывания защиты или сопротивление заземляющего резистора [Л2].

Ток ОЗЗ по мере удаления от выводов в глубь статора составит [Л2]:

где: w — число витков от зажимов до точки замыкания, % общего числа витков поврежденной фазы.

Трансформатор и резистор устанавливают в отдельном шкафу заземления нейтрали. Например, АО «Московский завод Электрощит» серийно выпускает шкаф заземления нейтрали ШЗН серии К-118УЗ. В нем установлены трансформатор типа ТСНЗ-63/10 мощностью 63 кВ. А на напряжение 6 или 10 кВ и включенные в нейтраль резистор и трансформатор тока типа ТЛК10-0,5/10Р-50/5. Стойкость резистора состовляет 1,5 с при токе 40 А и 1 ч при токе 5 А. Трансформатор ТСНЗ-63/10 на напряжение 10 кВ имеет облегченную изоляцию.

Резистор R_N, примененный в схеме низкоомного резистивного заземления нейтрали, нетермостойкий, поэтому на случай редких, но возможных отказов защиты или выключателя присоединения с ОЗЗ на ТЗН предусматривается защита нулевой последовательности, которая отключает ТЗН, переводя сеть в режим с изолированной нейтралью.

Шкафы заземления нейтрали устанавливают в помещении ЗРУ — 6 (10) кВ по одному на секцию, предпочтительно не в ряд с ячейками КРУ, а отдельно у стены (на всякий случай, из-за нетермостойкого резистора).

Выводы:

Итак, низкоомное резистивное заземление нейтрали обеспечивает:

• подавление перенапряжений при ОЗЗ и феррорезонансных явлений;
• четкую работу релейной защиты от ОЗЗ на отключение поврежденного присоединения;
• максимальный охват обмоток электрических машин защитой от ОЗЗ;
• снижение броска емкостного тока присоединения при внешних ОЗЗ примерно в 2,5 раза по сравнению с режимом изолированной нейтрали. Поэтому ток срабатывания защиты присоединения от замыканий на землю может быть существенно снижен.

Литература:

1. А.В. Беляев. Защита, автоматика и управление на электростанциях малой энергетики. Часть 1.

2. Методические указания по выбору режима заземления нейтрали в сетях 6 и 10 кВ дочерних обществ и организаций ОАО «Газпром». СТО ГАЗПРОМ 2-1.11-070-2006.