Импульсно-резистивный способ заземления нейтрали трехфазной электрической сети и физическая модель, его реализующая

Page 1
background image

Page 2
background image

90

Импульсно-резистивный способ 
заземления нейтрали трехфазной 
электрической сети и физическая 
модель, его реализующая

УДК 621.311:621.316

Качесов

 

В

.

Е

.,

д.т.н., доцент, 

профессор кафедры 

ТЭВН НГТУ, ведущий

специалист ООО НПП 

«ЭНЕРГОКОНСАЛТ»

Финашин

 

Р

.

А

.,

аспирант кафедры 

ТЭВН НГТУ

Ключевые

 

слова

электрическая трех-

фазная сеть, нейтраль, 

заземление, резистор, 

производная напряже-

ния в нейтрали

Для

 

электрических

 

сетей

 (

ЭС

среднего

 

напряжения

 

предлагается

 

способ

 

импульсно

-

резистивного

 

высокоомного

 

заземления

 

нейтрали

 (

ИРЗ

). 

Соединение

 

нейтрального

 

(

нейтралезаземляющего

резистора

 

с

 

контуром

 

заземления

 

станции

 

или

 

подстанции

 

происходит

 

при

 

неустойчивых

 (

перемежающихся

замыканиях

 

на

 

землю

когда

 

производная

 

напряжения

 

в

 

нейтрали

 

ЭС

 

(

du

N

/

dt

)

 

значительна

В

 

режиме

 

установившегося

 

(

устойчивого

однофазного

 

замыкании

 

на

 

землю

 (

УОЗЗ

в

 

подавляющем

 

большинстве

 

электрических

 

сетей

 

(

du

N

/

dt

)

~

 

много

 

меньше

чем

 

при

 

неустойчивом

 (

НУОЗЗ

), 

то

 

есть

 

(

du

N

/

dt

)

НУОЗЗ

>>(

du

N

/

dt

)

~

Это

 

позволяет

 

эффективно

 

управлять

 

режимом

 

резистивного

 

заземления

 

нейтрали

 

ЭС

Теоретически

 

доказана

 

работоспособность

 

импульсно

-

резис

-

тивного

 

заземления

 

и

 

его

 

способность

 

устранять

 

недостатки

 

постоянного

 

резистивного

 

заземления

обусловленные

 

повышенным

 

током

 

замыкания

 

промышленной

 

частоты

Спроектирована

 

и

 

изготовлена

 

низковольтная

 

физическая

 

модель

 

электрической

 

сети

 

с

 

различными

 

способами

 

неэффективного

 

заземления

 

нейтрали

включая

 

импульсно

-

резистивный

.

Э

лектрические сети (ЭС) сред-

него  напряжения  (СН)  в  Рос-

сийской  Федерации,  а  также 

во  многих  странах  Европы 

не  имеют  эффективного  заземления 

нейтрали.  В  таких  ЭС  заложена  воз-

можность их длительной работы с од-

нофазным  замыканием  на  землю,  что 

повышает надежность передачи и рас-

пределения  электроэнергии,  а  также 

уменьшает  технологические  потери 

электропотребителей.  При  неустой-

чивых  (перемежающихся)  замыканиях 

изоляция всего оборудования ЭС под-

вергается  дуговым  перенапряжениям 

(ДП).  Несмотря  на  то,  что  при  произ-

водстве  оборудования  для  таких  ЭС 

заложены  необходимые  запасы  элек-

трической  прочности  изоляции,  ДП 

стараются  ограничивать,  поскольку 

они ведут к ее ускоренному старению. 

Для  снижения  ДП  применяют  высоко-

омное  резистивное  заземление  ней-

трали  [1]  или  дугогасящую  катушку 

(ДГК)  [2],  первостепенное  назначение 

которой, несомненно, — эффективное 

снижение емкостных токов замыкания 

на землю (

I

C

 — ЕТЗЗ).

ПРЕИМУЩЕСТВА

 

И

 

НЕДОСТАТКИ

СУЩЕСТВУЮЩИХ

 

СПОСОБОВ

 

ЗАЗЕМЛЕНИЯ

 

НЕЙТРАЛИ

 

ЭС

Установка в электрическую сеть дугога-

сящей катушки (ДГК) с коэффициентом 

компенсации ЕТЗЗ 

K

L

 

I

L

/

I

C

 

=~ 1 (

I

L

 — ток 

катушки)  радикально  сокращает  коли-

чество  повторных  пробоев  фазной  изо-

ляции,  они  сопровождаются  малыми 

свободными  составляющими  и,  соот-

ветственно,  малыми  ДП.  Основным  не-

достатком  их  применения  является  до-

роговизна  устройств  автоматической 

компенсации ЕТЗЗ (

I

C

).

В  сетях  с  малыми  ЕТЗЗ  альтерна-

тивой  ДГК  является  применение  ней-

тральных  (заземляющих  нейтраль) 

высокоомных  резисторов  (

R

N

),  позво-

ляющих  в  паузах  между  повторными 

зажиганиями  дуги  снижать  избыточ-

ный  заряд  и  напряжение  на  фазах 

и  нейтрали  сети  и,  соответственно, 

интенсивность  переходного  процес-

са  замыкания  на  землю  и  ДП.  Однако 

установка  нейтрального  резистора 

приводит  к  увеличению  установивше-

гося тока замыкания на землю (в √2 раз 

при  резистивном  коэффициенте  ком-

пенсации 

K

r

 = 

I

RN 

/

 

I

C

 = 1), который может 

протекать  в  сети  десятки  часов  —  до 

момента  обнаружения  и  устранения 

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 3
background image

91

замыкания.  Постоянное  резистивное  заземление 

нейтрали ЭС в противоположность ее заземлению 

через ДГК потенциально снижает электробезопас-

ность  сети  (и  ее  экологичность),  увеличивая  ша-

говое  напряжение  и  напряжение  прикосновения, 

а  также  усиливая  разрушения  в  месте  дефекта 

изоляции.

После  самопогасания  электрической  дуги  замы-

кания  на  поврежденной  фазе  восстанавливается 

напряжение  с  угловой  частотой  собственных  коле-

баний, определяемой параметрами контура прямой

 

________

последовательности и равной 

1

 = √

L

S

C

1

, (

C

1

 и 

L

S

 —

емкость  сети  и  индуктивность  эквивалентного  ис-

точника для напряжений прямой последовательнос-

ти).  Величина  пика  восстанавливающегося  напря-

жения, наступающего через полупериод свободных 

колебаний,  определяет  возможность  повторного 

зажигания дуги [3]. Резистор в нейтрали сети снижа-

ет добротность эквивалентного контура, в котором 

происходят  свободные  колебания,  что  приводит

к некоторому снижению «напряжения пика гашения» 

(

U

п.г.

)  [4].  Несомненно,  снижение  напряжения 

U

п.г.

уменьшает  вероятность  повторных  зажиганий 

дуги. Степень его снижения при 

K

r

 = 1 определяет-

ся как 

K

 = 1 – 

exp

(–



/

1

). В отличие от высокоомно-

го  резистивного  заземления  ДГК,  установленная 

в  нейтрали  ЭС,  практически  не  изменяет  напря-

жение  пика  гашения  и  скорость  восстановления 

напряжения  на  поврежденной  фазе,  хотя  подъ-

ем напряжения спустя полупериод свободных ко-

лебаний  после  самопогасания  дуги  происходит 

очень медленно, что обусловлено низкой частотой 

биения колебаний.

Главным и зачастую недооцененным недостатком 

сети с высокоомным резистивным заземлением яв-

ляется  повышенный  ток  замыкания  промышленной 

частоты.

ПРИНЦИП

 

ИРЗ

На  основании  результатов  компьютерного  мо-

делирования,  а  также  высоковольтных  лабора-

торных  испытаний  сделан  вывод,  что  недостатки 

постоянного  высокоомного  резистивного  зазем-

ления  нейтрали  устраняет  «импульсно-резистив-

ный способ», позволяющий полностью исключить 

работу  нейтрального  резистора  в  режиме  устой-

чивого  замыкания  на  землю  [5,  6].  Подключение 

нейтрального резистора 

R

N

 к контуру заземления 

подстанции (станции) происходит авто-

матически только при неустойчивых за-

мыканиях на землю, когда производная 

напряжения в нейтрали ЭС имеет боль-

шое значение.

В  режиме  устойчивого  замыкания  на 

землю  напряжение  в  нейтрали  ЭС  (

u

N

близко  по  форме  к  синусоидальному, 

и  его  производная,  приблизительно  рав-

ная  (

du

/

dt

)

~

  =~ 

U

ф

m

cos

(

t

)  сравнительно 

мала. В относительных единицах макси-

мальное  значение  производной  равно 

круговой частоте 

.

Во время дуговых (перемежающихся) замыканий 

на землю напряжение на нейтрали ЭС содержит бы-

стрые перепады/скачки, что обусловлено наличием 

в нем широкого спектра свободных колебаний выс-

ших частот, вызываемых пробоями изоляции. Основ-

ные  частоты  свободных  колебаний,  формирующие 

фронт напряжения на нейтрали ЭС 

u

N

(

t

), — это пере-

зарядная круговая частота 

2

, обусловленная пере-

зарядным  процессом  на  неповрежденных  фазах 

через эквивалентный источник, и разрядная 

3

, обу-

словленная разрядом емкости поврежденной фазы.

Перепад напряжения в нейтрали сети и, следо-

вательно, его производная 

du

/

dt

 пропорциональны 

напряжению  повторного  зажигания  (

U

п.з.

),  которое 

случайным образом может варьироваться в широ-

ких пределах. Производная напряжения 

du

/

dt

 так-

же изменяется в зависимости от места замыкания, 

уменьшаясь  при  его  удалении  от  главной  понизи-

тельной  подстанции,  что  используется  в  параме-

трических  методах  локации  однофазных  замыка-

ний на землю [7].

В [4] для простейшей двухчастотной схемы заме-

щения ЭС при ОЗЗ ориентировочно определен диа-

пазон возможных значений производной напряжения 

на нейтрали ЭС при удалении места ОЗЗ от центра 

питания.  Показано,  что  производная  напряжения 

du

/

dt

 при неустойчивом горении заземляющей дуги 

многократно превышает соответствующее значение 

в режиме установившегося замыкания.

Более  точную  оценку  производной  напряжения 

можно получить, представив напряжение на нейтра-

ли ЭС в виде двух составляющих: начальной волно-

вой (высокочастотной) — условно I этап переходного 

процесса замыкания, и низкочастотной — II этап.

В начальной стадии замыкания на землю нарас-

тание  напряжения  на  нейтрали  ЭС  можно  рассма-

тривать  как  некий  скоротечный  волновой  процесс, 

который  обусловлен  приходом  электромагнитных 

волн напряжения по всем трем фазам на шины цен-

тра питания (ЦП). На этой стадии почти прямоуголь-

ная волна напряжения нулевой последовательности 

(НП)  от  места  замыкания  распространяется  к  ЦП 

(рисунок 1). При этом происходит деформация вол-

ны (увеличение ее длительности фронта) и заметное 

снижение амплитуды в силу преломлений в узлах ЭС 

(на распределительных подстанциях и в узле самого 

ЦП). Эта составляющая производной (

du

/

dt

)

I

 сильно 

зависит  от  топологии  сети:  количества  узлов  в  ЭС, 

R

d

C

d

u

d

Z

тр

ф

ЦП

u

0

(

t

)

Z

C

Рис

. 1. 

Однолинейная

 

схема

 

древовидной

 

распределительной

 

сети

 

с

 

условными

 

кривыми

 

напряжений

 

в

 

узлах

 

сети

 

при

 

ОДЗ

 

в

 

конце

 

линии

 3–4; 

C

d

 

и

 

R

d

 — 

емкость

 

и

 

сопротивление

 

дифференцирующей

 

цепи

Z

тр

 — 

элемент

 

схемы

 

замещения

 

обмоток

 

питающего

 (

сило

-

вого

трансформатора

Z

C

 — 

волновое

 

сопротивление

 

линии

 1 (58) 2020


Page 4
background image

92

количества фидеров в каждом узле и их волнового 

сопротивления.  Степень  деформации  распростра-

няющейся волны напряжения во многом зависит от 

типа  линии  (воздушная  или  кабельная).  Определе-

ние этой составляющей напряжения и, соответствен-

но, производной требует расчетов, которые, напри-

мер, могут быть выполнены с помощью [8].

В  сетях  со  слабой  разветвленностью  волновая 

составляющая  напряжения  на  нейтрали  ЭС  может 

формировать очень большую производную. Условно 

на  рисунке  2  эта  волновая  (начальная)  составляю-

щая напряжения на нейтрали показана в области 

I

.

Оценка  второй  низкочастотной  составляющей 

производной  напряжения  на  нейтрали  ЭС  может 

быть получена с помощью простейшей одночастот-

ной  эквивалентной  схемы  замещения  сети,  приво-

димой в учебной литературе. Низкочастотная часть 

напряжения на нейтрали (интервал времени — 

/

2

), 

в основном, определяется перезарядным процессом 

на неповрежденных фазах сети с частотой
 

1

2

 = —,

 

_________________________

 

√3

L

S

 (

C

S

 

C

M

)

где 

C

S

 и 

C

M

 — фазная и междуфазная емкости сети.

В  низкочастотной  части  процесса  появления  на-

пряжения на нейтрали ЭС амплитуда свободного ко-

лебания напряжения приближенно определяется как:
 

C

M

 

2

A

 = 

U

пр 

(1 – —) —,

 

C

S

 

C

M

  3

где 

U

пр

  —  напряжение  пробоя  фазной  изоляции 

в  момент  максимума  фазного  напряжения,  то  есть 

принимаем 

U

пр

 = 

U

ф.

m

 = 1 о.е. Тогда производная на-

пряжения  на  этом  втором  (низкочастотном)  этапе 

определится как:

(

du

/

dt

)

II 

=~ 2

2

 

A

/3.

С  учетом  того,  что,  как  правило, 

C

/(

C

S

 

C

M

)  =

0,2÷0,25, производная на втором этапе определится 

как 

(

du

/

dt

)

II 

=~ 2 · 0,75 · 

U

пр

2

/3 = 

U

пр

2

/2.

Среднее значение частоты собственных колеба-

ний 

2

 в сетях среднего напряжения в большинстве 

случаев  находится  в  диапазоне  6280÷12  560  ра-

диан/секунду (1÷2 кГц) [9], поэтому 

2

/2 >> 

. Прини-

мая во внимание высокочастотную часть в напряже-

нии на нейтрали сети (в области I), где производная 

напряжения  (

du

/

dt

)

I

,  как  правило,  много  больше, 

чем в рассмотренном временном диапазоне, мож-

но уверенно констатировать, что при неустойчивых 

замыканиях  на  землю  может  быть  сформирован 

достаточный сигнал, пропорциональный 

du

/

dt

, по-

зволяющий управлять, например, полупроводнико-

вым  ключом  и  подключать  нейтральный  резистор 

к  контуру  заземления  станции/подстанции.  На  ри-

сунке 3 показаны расчетные кривые во время пере-

межающегося дугового замыкания на землю в ЭС 

с предельным ЕТЗЗ (20 А — для сети с рабочим на-

пряжением 10 кВ) и малой мощностью понизитель-

ного  трансформатора  (

S

  =  25  МВА),  что  приводит 

к  низкой  частоте  свободных  перезарядных  коле-

баний 

2

.

Производная  напряжения  в  нейтрали  ЭС  в  пе-

реходном  процессе  (

du

/

dt

)

НУОЗЗ

  многократно  пре-

вышает  производную  в  установившемся  режи-

ме  замыкания  (

du

/

dt

)

~

:  (

du

/

dt

)

НУОЗЗ

  =  8500  кВ/с,

(

du

/

dt

)

~

 = 2600 кВ/с, то есть запас по чувствительно-

сти для запуска устройства импульсно-резистивного 

заземления более чем трехкратный.

УСТРОЙСТВО

 

ИРЗ

Упрощенная  электрическая  схема  устройства  ИРЗ 

показана на рисунке 4.

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ

(о.е.)

u

N

 

(кВ)

I

Рис

. 2. 

Расчетная

 

осциллограмма

 

первичного

 

пробоя

 

изоляции

 

и

 

устанавливающегося

 

устойчивого

 

замыка

-

ния

 

на

 

землю

Рис

. 3. 

Расчетное

 

напряжение

 

на

 

нейтрали

 

ЭС

 

и

 

его

 

производная

 

при

 

удаленном

 

замыкании

 

на

 

землю

 

в

 

воз

-

душно

-

кабельной

 

ЭС

 10 

кВ

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

du

/

dt 

(кВ/с)

(c)

/

2

U

ф

m

u

(кВ)


Page 5
background image

93

Дифференцирующе-запускающая 

цепь (ДЗЦ), подключенная между ней-

тралью  сети  и  контуром  заземления 

станции/подстанции при неустойчивом 

замыкании на землю формирует корот-

кие (запускающие) импульсы напряже-

ния, поступающие на высоковольтный 

ключ,  в  качестве  которого  выступает 

симистор  (или  блок  симисторов)  [5]. 

В момент нарастания (по модулю) на-

пряжения  на  нейтрали  электрической 

сети симистор открывается и подклю-

чает  нейтральный  резистор  к  контуру 

заземления  подстанции.  При  уста-

новлении  устойчивого  замыкания  на 

землю,  когда  напряжение  в  нейтрали 

не содержит заметных перепадов, от-

крытие полупроводникового ключа не 

происходит (производная 

du

/

dt

 мень-

ше уставки/порога срабатывания), и сеть работает 

с изолированной нейтралью.

ФИЗИЧЕСКАЯ

 

МОДЕЛЬ

 

ЭС

 

С

 

ИРЗ

Для целей исследования и обучения спроектиро-

вана и изготовлена низковольтная физическая мо-

дель ЭС с различными способами неэффективного 

заземления нейтрали, включая ИРЗ. Упрощенная 

электрическая схема этой модели показана на ри-

сунке  5.  Понизительный  трансформатор  (ТС)  со 

вторичными  обмотками,  соединенными  в  звезду, 

моделирует  эквивалентный  источник,  а  конден-

саторы  (

C

s

  и 

C

m

)  представляют  сосредоточенные 

емкости  эквивалентной  линии  электропереда-

чи.  Модель  заземляющей  дуги  выполнена  с  по-

мощью  полупроводниковых  ключей  —  динистора 

и  симистора.  Запальный  конденсатор  небольшой 

емкости  (

C

i

),  заряжающийся  через  резистор  (

R

i

от  одной  из  фаз  сети,  разряжается  по  цепи:  то-

коограничивающий  резистор  (

R

о

),  динистор  (

QS

), 

– 

n

 переход (УЭ-MT1) симистора (

VS

1

), земля, что 

приводит к отпиранию симистора. Обрыв тока за-

мыкания на землю происходит при первом его про-

хождении через нулевое значение, то есть так же, 

как в теории горения дуги по Петерсену [10].

Модель горения дуги по теории Петерса-Слепя-

на  [11],  реализованная  в  физической  модели  ЭС, 

основывается  на  неспособности  прерывания  си-

мисторами  быстро  изменяющихся  то-

ков  отключения,  а  также  неспособно-

сти самовосстановления при быстром 

нарастании напряжения между основ-

ными выводами прибора (МТ2 и МТ1). 

Симистор требует некоторого времени 

для самовосстановления (рекомбина-

ции зарядов в переходах его сложной 

полупроводниковой структуры), а так-

же,  работая  на  активно-индуктивную 

нагрузку,  быстро  возрастающее  на-

пряжение при обрыве тока замыкания 

может  превышать  предельное  значе-

ние 

du

com

/

dt

, и симистор теряет способ-

ность к самовосстановлению (потере проводимо-

сти). Поэтому в моделях дуги [10, 11] используются 

два переподключаемых симистора — быстродей-

ствующий  сильноточный  и  слаботочный  «мед-

ленный».

Блок  ИРЗ  реализован  с  помощью  элементов 

R

N

VS

RN

  и  ДЗЦ  (

C

diff

  — 

R

diff

). 

RC

-цепь,  подключенная 

к  нейтрали  ТС,  дифференцирует  напряжение 

u

N

(

t

и включает симистор (

VS

RN

), соединяющий нейтраль-

ный резистор с «землей» установки. Параллельное 

включение нескольких динисторов с разными напря-

жениями пробоя (на схеме не показаны) позволяет 

исследовать переходные процессы, моделирующие 

снижение  диэлектрической  прочности  дефектной 

изоляции.

Визуально  работа  устройства  ИРЗ  на  медлен-

ных  временных  развертках  ничем  не  отличается 

от  работы  резистора,  постоянно  подключенного 

к  нейтрали  ТС.  Это  связано  с  высокой  чувстви-

тельностью  симистра 

VS

RN

  и  значительными  про-

изводными 

du

/

dt

.  Задержка  включения  симисто-

ра, то есть подключения нейтрального резистора 

между нейтралью ТС (ЭС) и землей, составляет не 

более десяти микросекунд.

Осциллограммы переходных процессов при за-

мыкании на землю, когда напряжение повторного 

зажигания  составляет  приблизительно  0,65  о.е., 

показаны  на  рисунке  6.  В  этом  случае 

u

N

(

t

)  име-

Рис

. 4. 

Симисторное

 

устройство

 

для

 

импульсного

 

высокоомного

 

заземления

 

нейтрали

: 1— 

нейтральный

 

резистор

 

R

N

; 2 — 

симистор

3 — 

трансформаторная

 

ДЗЦ

; 4 — 

RC

-

ДЗЦ

R

d

C

d

C

d

Рис

. 5. 

Упрощенная

 

электрическая

 

схема

 

установки

C

diff

R

diff

C

m

L

п

ТС

Вторичная

обмотка

C

s

C

i

QS

VS

1

R

*

R

i

R

N

u

N

u

C

u

B

u

A

R

о

VS

RN

 1 (58) 2020


Page 6
background image

94

ет  сложную  («многоэкспоненциальную»)  форму, 

и  выделяемая  энергия  в  нейтральном  резисто-

ре  превышает  соответствующее  значение  при

U

п.з

. = 1 о.е.

Модернизация  физической  модели  ЭС  с  неэф-

фективным  заземлением  нейтрали  предполагает 

наряду  с  применением  нового  способа  импуль-

сно-резистивного  заземления  нейтрали  установку 

устройства  глубокого  ограничения  дуговых  перена-

пряжений [12].

ВЫВОДЫ

 

И

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.  Для  ЭС  СН  разработан  и  предложен  импуль-

сно-резистивный  способ  заземления  нейтрали, 

исключающий протекание активного тока в месте 

замыкания в установившемся режиме. Это позво-

ляет снизить разрушающее воздействие заземля-

ющей дуги на изоляцию и оборудование, повысить 

электробезопасность сети при УОЗЗ, снизить тре-

бование к мощности нейтрального резистора и по-

тери электроэнергии в режиме устойчивого замы-

кания.

2.  Работоспособность  ИРЗ,  принципиально  огра-

ниченная значением производной напряжения на 

нейтрали сети, сохраняется для широкого спектра 

параметров  ЭС.  При  крайне  малых  напряжениях 

повторных  зажиганий,  когда  производная 

du

/

dt

 

недостаточна для запуска ИРЗ, необходимость ра-

боты ИРЗ отпадает, поскольку ДП незначительны, 

и сеть будет работать с изолированной нейтралью.

3.  Разработана и изготовлена физическая модель 

трехфазной  ЭС  с  различными  способами  зазем-

ления нейтрали, включая новый импульсно-рези-

стивный способ. В ней воплощены основные клас-

сические  механизмы  гашения  заземляющих  дуг 

(по Петерсену и Петерсу-Слепяну).  

Рис

. 6. 

Осциллограммы

 

фазных

 

напряжений

 

и

 

в

 

нейтра

-

ли

 

ЭС

полученные

 

на

 

физической

 

модели

u

 

(о.е.)

u

C

u

B

u

N

t

 

(мс)

ЛИТЕРАТУРА
1.  Petersen W. Unterdrückung des aus-

setzenden  Erdschlusses  durch  die 

Nullwiderstande und Funkenableiter. 

ETZ, 39 (1918), 341 p.

2.  Petersen  W.  Die  Begrenzung  des 

Erdschlußstromes  und  die  Unter-

drückung  des  Erdschlußlichtbogens 

durch  die  Erdschlußspule.  ETZ,  40 

(1919), H. 1, pp. 5-7; 17-19.

3.  Беляков Н.Н. Исследование пере-

напряжений  при  дуговых  замыка-

ниях на землю в сетях 6–10 кВ с изо-

лированной нейтралью // Электри-

чество, 1957, №. 5. С. 31–36.

4.  Качесов  В.Е.,  Финашин  Р.А.  Им-

пульсно-резистивное  заземление 

нейтрали в распределительных се-

тях // Электричество, 2017. № 12.

С. 12–18.

5.  Качесов  В.Е.  Устройство  заземле-

ния нейтрали трехфазной электри-

ческой сети. Патент РФ № 2454769.

БИ, № 18, 2012.

6.  Качесов В.Е., Финашин Р.А. Устрой-

ство  заземления  нейтрали  трех-

фазной  электрической  сети.  Па-

тент  РФ  на  полезную  модель 

№ 194369. БИ, № 34, 2019.

7.  Bogdasheva  L.V.,  Kachesov  V.E. 

Parametric  On-line  Fault  Location 

Methods  for  Distribution  MV  Net-

works. IEEE PowerTech’05: proceed-

ings,  St.-Petersburg,  27-30  June,

2005, p. 159.

8.  Banzhaf  W.  Computer  aided  circuit 

analysis using SPICE. Printice Hall, 

1989.

9.  Лихачев Ф.А. Замыкания на землю 

в  сетях  с  изолированной  нейтра-

лью и с компенсацией емкостных 

токов. М.: Энергия, 1971. 152 с.

10. Petersen  W.  Der  aussetzende  (in-

termittierende)  Erdschluss.  ETZ,  38 

(1917),  H.  47,  pp.  553-555,  H.  48, 

pp. 564-566.

11. Peters  I.E.,  Slepian  J.  Voltage  In-

duced  by  Arcing  Ground.  Tr.  AIEE, 

1923, Apr., p. 478.

12. Качесов  В.Е.,  Финашин  Р.А. 

Устройство  заземления  нейтрали 

трехфазной  электрической  сети. 

Патент  РФ  2640033.  БИ,  №  36, 

2017.

REFERENCES
1.  Petersen W. Unterdrückung des aus-

setzenden  Erdschlusses  durch  die 

Nullwiderstande und Funkenableiter. 

ETZ, 39 (1918), 341 p.

2.  Petersen  W.  Die  Begrenzung  des 

Erdschlußstromes  und  die  Unter-

drückung  des  Erdschlußlichtbogens 

durch  die  Erdschlußspule.  ETZ,  40 

(1919), H. 1, pp. 5-7; 17-19.

3.  Belyakov N.N. Overvoltages study at 

arcing  ground  faults  in  power  grids 

6-10 kV with insulated neutral // Ele-

ktrichestvo, 1957, no. 5, pp. 31-36.

4.  Kachesov  V.Ye.,  Finashin  R.A. 

Pulse-resistive grounding in distribu-

tion networks // Elektrichestvo, 2017, 

no. 12, pp. 12-18.

5.  Kachesov  V.E.  The  neutral  ground-

ing device of a three-phase electrical 

network. Patent of Russian Federa-

tion № 2454769. Invention’s Bulletin, 

№ 18, 2012.

6.  Kachesov  V.E.,  Finashin  R.A. 

Three-phase  power  network  neu-

tral  grounding  device.  Patent  RU 

194369.  Invention’s  Bulletin,  №  34, 

2019.

7.  Bogdasheva  L.V.,  Kachesov  V.E. 

Parametric  On-line  Fault  Location 

Methods  for  Distribution  MV  Net-

works.  IEEE  PowerTech’05:  pro-

ceedings,  St.-Petersburg,  27-30 

June, 2005, p. 159.

КАБЕЛЬНЫЕ

ЛИНИИ


Page 7
background image

95

8.  Banzhaf  W.  Computer  aided  circuit 

analysis using SPICE. Printice Hall, 

1989.

9.  Likhacev F.A. Ground faults in insu-

lated  networks  and  with  capacitive 

current  compensation.  M.:  Energy, 

1971. 152 p.

10. Petersen  W.  Der  aussetzende  (in-

termittierende)  Erdschluss.  ETZ,  38 

(1917),  H.  47,  pp.  553-555,  H.  48, 

pp. 564-566.

11. Peters  I.E.,  Slepian  J.  Voltage  In-

duced  by  Arcing  Ground.  Tr.  AIEE, 

1923, Apr., p. 478.

12. Kachesov  V.E.,  Finashin  R.A. 

Three-phase  power  network  neu-

tral  grounding  device.  Patent  RU 

2640033. Invention’s Bulletin, № 36, 

2017.

ÊÎÌÌÅÍÒÀÐÈÉ

И

з  многих  проблем  электроэнергетики 

вопросы,  связанные  с  выбором  спо-

соба заземления нейтрали в электри-

ческих  сетях  среднего  напряжения, 

всегда относились к наиболее сложным и дис-

куссионным. Так, в различных странах в сетях 

среднего  напряжения  применяют  изолирован-

ную,  компенсированную,  резистивную  ней-

трали.  Встречается  даже  и  глухозаземленная. 

Несмотря  на  указанное  многообразие,  каждая 

сетевая  компания  уверяет,  что  именно  ее  ре-

шение  является  оптимальным.  На  этом  фоне 

новые  публикации  по  заземлению  нейтрали 

с одной стороны интересны, а с другой — долж-

ны восприниматься с известной долей осторож-

ности.

В  представленой  статье  авторы  предлага-

ют  так  называемый  импульсно-резистивный 

способ заземления нейтрали, который заклю-

чается  в  возможности  подключения/отключе-

ния  к  нейтрали  сети  высокоомного  резистора 

в зависимости от наличия/отсутствия в ее на-

пряжении  переходных  составляющих.  Данное 

решение  отчасти  напоминает  собой  уже  из-

вестный и применяемый в сетях вариант, когда 

в  нейтрали  сети  устанавливают  низкоомный 

резистор  последовательно  с  выключателем, 

и хотя бы по этой причине заслуживает опре-

деленного внимания.

Для  низкоомного  резистора  нормально  ра-

зомкнутый  выключатель  в  нейтрали  дает  воз-

можность кратковременно перевести сеть с изо-

лированной нейтралью в сеть с низкоомным за-

землением, что бывает необходимо, например, 

если в сети возникло однофазное повреждение 

и релейной защите из-за малой величины тока 

замыкания  на  землю  не  удается  установить 

конкретное место этого повреждения. Подклю-

чение резистора к нейтрали, повторимся, требу-

ется лишь на время работы защиты.

Для  высокоомного  резистора  наличие  ком-

мутационного аппарата, по мнению авторов ста-

тьи, могло бы иметь другие цели и, прежде всего, 

резистор надо было бы подключать к  нейтра-

ли  в  случае,  если  анализ  формы  напряжения 

нейтрали выявит в сети дуговые или ферроре-

зонансные  перенапряжения.  Если  перенапря-

жений нет, то, как считают авторы, резистор мож-

но  отключить  от 

нейтрали, и делать 

это следует, чтобы, 

во-первых, снизить 

нагрев 

резисто-

ра  и,  во-вторых, 

уменьшить  ток  за-

мыкания на землю, 

величина  которого 

влияет на безопасность людей и животных. 

Названные аргументы в пользу отключения 

высокоомного  резистора  являются  наиболее 

спорным местом статьи. В сетях среднего на-

пряжения  многие  повреждения  носят  дуговой 

характер,  и  поэтому  можно  ожидать,  что,  как 

правило,  высокоомный  резистор  будет  нахо-

диться в подключенном к нейтрали состоянии. 

Следовательно,  в  плане  экономии  электро-

энергии  едва  ли  будет  заметным  эффект  от 

редкого вывода резистора из работы. Также не 

стоит опасаться и нагрева резистора, посколь-

ку такой проблемы производители резисторов 

и службы эксплуатации не заявляют.

Отключение  высокоомного  резистора  от 

нейтрали  действительно  понизит  ток  замыка-

ния  на  землю,  однако  это  же  обстоятельство 

ухудшит  селективность  защит  и  возможность 

быстрого  поиска  и  отключения  замыкания  на 

землю. Таким образом, хотя ток замыкания на 

землю  будет  меньше,  но  больше  будет  вре-

мя этого замыкания, а значит результирующее 

влияние на вопросы безопасности оценить не-

просто. Кроме того, согласно принятой в мире 

терминологии высокоомным заземлением ней-

трали считается то, при котором суммарный ток 

замыкания на землю не превосходит 10 А — по-

добные токи никогда не были опасными в сетях 

6–35 кВ, и поэтому отключать высокоомный ре-

зистор никакой необходимости нет.

Идея  отключения  высокоомного  резистора 

в нейтрали сети интересна, но нужна какая-то 

дополнительная  аргументация  в  пользу  этого 

технического  решения,  иная,  нежели  вопро-

сы нагрева резисторов и желание обеспечить 

безопасность.  Полезным  было  бы  увидеть 

и    результаты  компьютерного  моделирования 

переходных  процессов  в  таких  признанных 

программах, как ATP/EMTP.

Дмитриев

 

М

.

В

., 

к.т.н., научный редактор журнала

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»

 1 (58) 2020


Читать онлайн

Для электрических сетей (ЭС) среднего напряжения предлагается способ импульсно-резистивного высокоомного заземления нейтрали (ИРЗ). Соединение нейтрального (нейтралезаземляющего) резистора с контуром заземления станции или подстанции происходит при неустойчивых (перемежающихся) замыканиях на землю, когда производная напряжения в нейтрали ЭС (duN/dt) значительна. В режиме установившегося (устойчивого) однофазного замыкании на землю (УОЗЗ) в подавляющем большинстве электрических сетей (duN/dt)~ много меньше, чем при неустойчивом (НУОЗЗ), то есть (duN/dt)НУОЗЗ>>(duN/dt)~. Это позволяет эффективно управлять режимом резистивного заземления нейтрали ЭС. Теоретически доказана работоспособность импульсно-резис­тивного заземления и его способность устранять недостатки постоянного резистивного заземления, обусловленные повышенным током замыкания промышленной частоты. Спроектирована и изготовлена низковольтная физическая модель электрической сети с различными способами неэффективного заземления нейтрали, включая импульсно-резистивный.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»