Комплексные инновационные решения по заземлению нейтрали в сетях 6–35 кВ

40

СЕТИ

РОССИИ

Комплексные 
инновационные 
решения по 
заземлению нейтрали 
в сетях 6-35 кВ

Александр НАЗАРЫЧЕВ, д.т.н., профессор,

ректор ФГАОУ ДПО «ПЭИПК» Минэнерго России

Сергей ТИТЕНКОВ, к.т.н.,  генеральный директор EGE-Энерган

Андрей ПУГАЧЕВ, к.т.н.,  заместитель

генерального директора EGE-Энерган

э

л

е

к

т

р

о

с

н

а

б

ж

е

н

и

е

электроснабжение

Рис

.1. 

Режимы

заземления

нейтрали

в

сетях

среднего

напряжения

В

ыбор

режима

  (

способа

) 

за

-

земления

нейтрали

в

сети

6–35 

кВ

является

исключи

-

тельно

важным

вопросом

при

проектировании

, 

эксплуатации

и

реконструкции

конкретных

электри

-

ческих

распределительных

сетей

. 

Режим

заземления

нейтрали

в

сети

6–35 

кВ

определяется

исходя

из

сле

-

дующих

параметров

и

соображений

[1, 2]:
• 

тока

в

месте

повреждения

и

пере

-

напряжения

на

неповрежденных

фазах

при

однофазном

замыка

-

нии

на

землю

;

• 

схемы

построения

релейной

за

-

щиты

от

замыканий

на

землю

;

• 

уровня

изоляции

электрооборудо

-

вания

;

• 

выбора

ОПН

для

защиты

от

пере

-

напряжений

;

• 

бесперебойности

электроснабже

-

ния

;

• 

допустимого

уровня

сопротивле

-

ния

контура

заземления

подстан

-

ции

;

• 

безопасности

персонала

и

элек

-

трооборудования

при

однофаз

-

ных

замыканиях

.

Таким

образом

, 

очевидно

, 

что

режим

заземления

нейтрали

в

сети

6–35 

кВ

влияет

на

значительное

чис

-

ло

технических

решений

, 

которые

реализуются

в

конкретной

распреде

-

лительной

сети

, 

и

в

целом

на

надеж

-

ность

ее

работы

и

безопасность

экс

-

плуатации

.

По

зарубежной

классификации

, 

согласно

стандарта

 [3], 

в

сетях

сред

-

него

напряжения

  (

с

номинальным

напряжением

от

 1 

до

 69 

кВ

) 

приме

-

няются

пять

режимов

заземления

нейтрали

 (

рисунок

 1).

То

есть

всего

в

мире

в

сетях

сред

-

него

напряжения

 (

от

 1 

до

 69 

кВ

), 

в

от

-

личие

от

сетей

высокого

напряжения

41

(110 

кВ

и

выше

), 

используются

пять

возможных

вари

-

антов

заземления

нейтральной

точки

сети

:

А

 — 

изолированная

 (

незаземленная

);

Б

 — 

глухозаземленная

 (

глухое

заземление

);

В

 — 

заземленная

через

резистор

  (

низкоомный

или

высокоомный

);

Г

 — 

заземленная

через

индуктивность

постоянной

величины

;

Д

 — 

заземленная

через

дугогасящий

реактор

  (

ин

-

дуктивность

переменной

величины

).

В

настоящее

время

в

России

в

сетях

 6–35 

кВ

со

-

гласно

  «

Правилам

устройства

электроустановок

» 

(

ПУЭ

) 

разрешены

к

применению

три

режима

зазем

-

ления

нейтрали

. 

Пункт

 1.2.16 

ПУЭ

 (7-

е

издание

), 

вве

-

денных

в

действие

с

 01.01.2003 

г

. 

гласит

: «… 

работа

электрических

сетей

напряжением

 3–35 

кВ

может

предусматриваться

как

с

изолированной

нейтралью

, 

так

и

с

нейтралью

, 

заземленной

через

дугогасящий

реактор

или

резистор

».

1. 

Изолированная

нейтраль

Изолированная

нейтраль

 — 

это

первый

по

вре

-

мени

возникновения

в

электрических

сетях

режим

заземления

нейтрали

. 

Этот

режим

нейтрали

исполь

-

зуется

в

трехфазных

электрических

сетях

, 

начиная

с

 1891 

года

  (

трехфазная

электропередача

Лауфен

-

Франкфурт

 15 

кВ

, 

разработанная

и

представленная

русским

инженером

М

.

О

. 

Доливо

-

Добровольским

на

Франкфуртской

выставке

).

Режим

изолированной

нейтрали

имеет

существен

-

ные

недостатки

 [1, 2, 4, 5], 

а

именно

:

• 

возникают

дуговые

перенапряжения

при

однофаз

-

ных

замыканиях

на

землю

в

сети

и

пробои

изоля

-

ции

на

первоначально

неповрежденных

фидерах

(

многоместные

повреждения

изоляции

, 

когда

одновременно

повреждается

изоляция

несколь

-

ких

фидеров

);

• 

происходят

повреждения

трансформаторов

напряжения

при

замыканиях

на

землю

и

при

воз

-

никновении

феррорезонансных

процессов

; 

• 

сложность

обнаружения

места

повреждения

;

• 

возможна

неправильная

работа

релейных

защит

от

однофазных

замыканий

на

землю

;

• 

существует

опасность

поражения

персонала

и

по

-

сторонних

лиц

электрическим

током

при

длитель

-

ном

существовании

замыкания

на

землю

в

сети

.

В

связи

с

наличием

такого

количества

недостатков

режим

изолированной

нейтрали

в

сетях

 1–69 

кВ

был

практически

исключен

из

широкого

использования

еще

в

 40–50-

х

годах

ХХ

века

в

подавляющем

боль

-

шинстве

стран

Европы

, 

Австралии

, 

Северной

и

Юж

-

ной

Америки

.

Одна

из

европейских

стран

, 

в

которой

по

-

прежнему

имеется

значительное

число

сетей

с

изолированной

нейтралью

, 

Финляндия

. 

Там

указанный

режим

ис

-

пользуется

в

воздушных

сетях

 20 

кВ

и

его

применение

существенно

отличается

от

отечественной

практики

эксплуатации

. 

В

частности

, 

при

наличии

режима

изо

-

лированной

нейтрали

в

сети

 20 

кВ

защиты

от

замыка

-

ний

на

землю

действуют

на

мгновенное

отключение

поврежденной

воздушной

линии

. 

При

отказе

отклю

-

чения

выключателя

отходящей

линии

с

выдержкой

времени

 0,5 

секунды

отключается

выключатель

вво

-

да

на

секцию

. 

Режим

изолированной

нейтрали

в

воз

-

душных

сетях

 20 

кВ

Финляндии

применяется

исклю

-

чительно

для

повышения

чувствительности

защит

от

замыканий

на

землю

, 

так

как

сопротивление

грунта

на

большей

части

территории

этой

страны

в

 20–50 

раз

выше

, 

чем

среднеевропейские

значения

. 

При

таком

высоком

удельном

сопротивлении

грунта

заземление

нейтрали

 (

глухое

или

через

резистор

) 

не

увеличивает

ток

в

поврежденном

фидере

, 

так

как

он

, 

в

основном

, 

определяется

сопротивлением

грунта

. 

Применение

изолированной

нейтрали

в

данном

случае

является

вынужденной

мерой

и

причина

такого

технического

решения

не

обеспечение

надежности

электроснаб

-

жения

потребителей

, 

а

повышение

чувствительности

защит

от

замыканий

на

землю

и

безопасности

людей

.

В

последнее

время

в

Финляндии

с

целью

повы

-

шения

электробезопасности

и

надежности

электро

-

снабжения

потребителей

происходит

переход

от

режима

изолированной

нейтрали

к

режиму

заземле

-

ния

через

дугогасящий

реактор

. 

В

качестве

примера

можно

привести

пригородные

сети

 20 

кВ

г

. 

Хельсинки

[6], 

где

использование

дугогасящих

реакторов

начато

в

 2012 

году

и

планируется

полное

переоснащение

ими

питающих

подстанций

к

 2016 

году

.

Италия

также

одна

из

последних

европейских

стран

, 

осуществляющая

переход

от

режима

изоли

-

рованной

нейтрали

к

другим

вариантам

. 

В

 2000 

году

итальянская

сетевая

компания

 ENEL 

начала

реали

-

зовывать

программу

по

заземлению

нейтрали

сетей

10–15–20 

кВ

через

дугогасящие

реакторы

 [7]. C 2000 

по

 2006 

годы

в

этих

сетях

было

установлено

 1793 

ду

-

гогасящих

реактора

.

Кроме

Финляндии

и

Италии

режим

изолированной

нейтрали

применяют

по

тем

же

причинам

в

Норвегии

, 

Швеции

и

Греции

. 

Тем

не

менее

, 

тренд

на

отказ

от

ре

-

жима

изолированной

нейтрали

достаточно

четко

про

-

слеживается

для

всех

этих

стран

.

2. 

Глухое

заземление

нейтрали

Глухое

заземление

нейтрали

в

сетях

 6–35 

кВ

  (

ри

-

сунок

  1

Б

) 

в

России

согласно

ПУЭ

не

применяется

, 

но

подобный

вариант

заземления

нейтрали

широко

используется

в

англоязычных

странах

, 

в

частности

в

США

, 

Австралии

, 

Канаде

, 

Латинской

Америке

. 

Та

-

кой

режим

заземления

нейтрали

находит

применение

в

четырехпроводных

воздушных

сетях

среднего

на

-

пряжения

 4–25 

кВ

. 

Воздушные

линии

в

таких

сетях

на

всем

своем

протяжении

и

ответвлениях

снабжены

чет

-

вертым

нулевым

проводом

. 

Ток

однофазного

замыка

-

ния

на

землю

при

таком

режиме

заземления

нейтрали

может

достигать

единиц

-

десятков

кА

, 

что

является

су

-

щественным

недостатком

. 

3. 

Резистивное

заземление

нейтрали

Практически

во

всех

странах

как

европейских

, 

так

и

англоязычных

, 

режим

резистивного

заземления

нейтрали

  (

рисунок

  1

В

) 

широко

применяется

в

про

-

мышленных

электрических

сетях

. 

Особенно

в

сетях

с

высоковольтными

электродвигателями

, 

а

также

в

го

-

родских

кабельных

сетях

при

наличии

резервирова

-

ния

потребителей

. 

Все

режимы

заземления

нейтрали

через

резистор

можно

разделить

на

две

большие

груп

-

пы

с

позиции

создаваемого

активного

тока

:

№

 3 (36) 2016

42

СЕТИ РОССИИ

• 

высокоомное

резистивное

заземление

нейтра

-

ли

 — 

это

заземление

нейтрали

через

резистор

, 

при

котором

суммарный

ток

в

месте

замыкания

(

активный

ток

резистора

плюс

емкостный

ток

сети

) 

не

превышает

 10 

А

. 

Как

правило

, 

однофазное

замыкание

на

землю

при

таком

режиме

заземле

-

ния

нейтрали

можно

не

отключать

и

защиты

от

замыканий

на

землю

действуют

на

сигнал

;

• 

низкоомное

резистивное

заземление

нейтра

-

ли

— 

это

заземление

нейтрали

через

резистор

, 

при

котором

суммарный

ток

в

месте

замыкания

(

активный

ток

резистора

плюс

емкостный

ток

сети

) 

превышает

 10 

А

. 

Как

правило

, 

суммарный

ток

однофазного

замыкания

при

этом

режиме

зазем

-

ления

нейтрали

существенно

превышает

 10 

А

, 

а

именно

, 

достигает

десятков

и

сотен

ампер

 (

диа

-

пазон

 20–2000 

А

), 

что

требует

действия

защит

от

замыканий

на

землю

на

отключение

без

выдержки

времени

 (

или

 c 

малой

выдержкой

).

Указанное

деление

на

высокоомное

и

низкоомное

резистивное

заземление

в

отечественных

документах

не

выполнено

. 

Достаточно

четкая

граница

между

эти

-

ми

двумя

подвидами

резистивного

заземления

ней

-

трали

дана

в

зарубежных

нормативных

документах

, 

в

частности

, 

в

 [3], 

и

это

именно

значение

тока

 10 

А

. 

При

этом

, 

в

некоторых

работах

, 

например

 [10, 11], 

ошибочно

трактуются

положения

стандарта

 [3] 

о

гра

-

нице

между

низкоомным

и

высокоомным

резистив

-

ным

заземлением

нейтрали

применительно

к

россий

-

ским

сетям

 6–35 

кВ

.

Так

в

 [10, 11] 

отмечено

: «

В

действующей

же

редак

-

ции

 IEEE Std 142 2007 

г

. 

граница

между

высокоомным

и

низкоомным

заземлением

нейтрали

определена

с

помощью

отношения

тока

ОЗЗ

при

наличии

рези

-

стора

к

току

трехфазного

короткого

замыкания

  (

к

.

з

.) 

конкретной

сети

. 

Низкоомным

заземлением

нейтрали

считается

, 

если

I

R

_

озз

≥

 0,2

I

(3)

к

.

з

.

 (

до

 100–1000 

А

). 

Если

же

3

I

C

0

≤

I

R

_

озз

≤

 0,01

I

(3)

к

.

з

.

, 

это

высокоомное

заземление

ней

-

трали

…» (

здесь

  3

I

C

0

 — 

полный

емкостный

ток

сети

, 

I

R

_

озз

 — 

активный

ток

, 

создаваемый

резистором

).

Авторы

работ

 [10, 11] 

правильно

воспроизве

-

ли

положение

стандарта

 [3], 

только

не

учли

, 

что

это

положение

применяется

в

США

в

основном

к

сетям

2,4÷4,16 

кВ

и

ток

трехфазного

к

.

з

. 

в

этих

сетях

суще

-

ственно

отличается

от

тока

трехфазного

к

.

з

. 

в

сетях

6–35 

кВ

в

России

. 

Отключающая

способность

выклю

-

чателей

 6–10 

кВ

в

наших

сетях

, 

как

правило

, 

равна

20 

кА

и

если

принять

реальный

ток

трехфазного

к

.

з

. 

в

сети

скажем

равным

 15 

кА

, 

то

высокоомным

зазем

-

лением

согласно

 [10, 11] 

будет

заземление

с

током

резистора

в

диапазоне

 3

I

C

0 

≤

I

R

_

озз

≤

 150 

А

, 

что

непра

-

вильно

, 

так

как

ток

 150 

А

уже

попадает

в

диапазон

низкоомного

заземления

нейтрали

 100–1000 

А

, 

ука

-

занный

в

этих

же

работах

. 

Приняв

тот

же

ток

 15 

кА

, 

мы

получим

, 

согласно

 [10, 11], 

что

для

низкоомного

заземления

в

этой

сети

нужен

резистор

с

током

не

ме

-

нее

I

R

_

озз

 = 0,2

I

(3)

к

.

з

.

 = 0,2 × 15000 = 3000 

А

, 

что

также

не

попадает

в

заданные

пределы

 100–1000 

А

.

Дополнительно

отметим

, 

что

даже

по

отечествен

-

ным

нормам

ПУЭ

ток

однофазного

замыкания

на

зем

-

лю

величиной

более

 10 

А

нельзя

длительно

держать

не

отключенным

в

сетях

с

железобетонными

и

метал

-

лическими

опорами

из

-

за

возможного

разрушения

по

-

следних

, 

что

вполне

согласуется

с

положениями

стан

-

дарта

 [3].

Поэтому

еще

раз

отметим

для

читателей

, 

что

определение

высокоомного

заземления

нейтрали

из

стандарта

 [3] 

следующее

: «…1.2.7 

высокоомно

за

-

земленная

: 

резистивно

заземленная

система

, 

спро

-

ектированная

для

ограничения

тока

замыкания

на

землю

до

такой

величины

, 

который

может

протекать

длительно

, 

при

этом

одновременно

удовлетворяю

-

щая

критерию

R

0

 < 

X

C

0

, 

так

чтобы

перенапряжения

от

дуговых

замыканий

были

снижены

. 

Ток

однофазного

замыкания

обычно

ограничен

до

значений

менее

чем

10 

А

, 

обеспечивая

минимальные

повреждения

даже

при

длительных

однофазных

замыканиях

».

Высокоомное

резистивное

заземление

нейтрали

может

выполняться

только

в

сетях

с

емкостным

током

I

C

не

более

 5÷7 

А

, 

при

этом

активный

ток

I

R

, 

созда

-

ваемый

резистором

, 

должен

быть

больше

емкостного

тока

сети

: 

I

C

≤

 5÷7 A, 

I

R

≥

I

C

.

При

резистивном

заземлении

нейтрали

суммар

-

ный

ток

в

месте

повреждения

складывается

из

ем

-

костного

тока

сети

и

активного

тока

, 

создаваемого

резистором

заземления

нейтрали

:

I

зам

 = 

√

I

C

2

+ 

I

R

2

Указанные

активный

и

емкостный

ток

суммируют

-

ся

векторно

и

сдвинуты

друг

относительно

друга

на

90° (

рисунок

 2). 

При

равенстве

активного

тока

, 

созда

-

ваемого

резистором

, 

и

емкостного

тока

сети

суммар

-

ный

ток

в

месте

повреждения

увеличивается

всего

в

√

2 

раз

. 

Так

при

емкостном

токе

сети

величиной

 7 

А

и

активном

токе

 7 

А

, 

создаваемом

резистором

, 

сум

-

марный

ток

в

месте

повреждения

составит

≈

 10 

А

.

Высокоомное

резистивное

заземление

нейтрали

имеет

ряд

ограничений

, 

как

по

емкостному

току

сети

, 

так

и

по

классам

напряжений

сетей

, 

в

которых

оно

мо

-

жет

использоваться

.

В

частности

в

зарубежной

практике

эксплуатации

оно

успешно

применяется

в

промышленных

сетях

среднего

напряжения

  (

особенно

с

высокими

требо

-

ваниями

к

надежности

электроснабжения

) 

от

 2,4 

до

5,5 

кВ

с

емкостными

токами

до

 5,5 

А

совместно

с

се

-

лективной

сигнализацией

однофазных

замыканий

, 

а

также

в

блочных

схемах

  «

генератор

 — 

трансфор

-

матор

» 

до

 14,4 

кВ

. 

В

промышленных

сетях

 11, 13,8 

и

 14,4 

кВ

в

США

опыт

применения

высокоомного

ре

-

зистивного

заземления

нейтрали

был

неуспешным

, 

так

как

емкостные

токи

там

как

правило

выше

 5,5 

А

и

однофазные

замыкания

развивались

в

междуфаз

-

ные

к

.

з

. 

до

момента

отключения

их

персоналом

энер

-

гообъекта

.

В

России

режим

высокоомного

резистивного

за

-

земления

нейтрали

может

применяться

в

воздушных

сетях

 6–35 

кВ

с

малыми

токами

однофазного

замы

-

кания

на

землю

 (

до

 5–7 

А

) 

и

любым

типом

опор

 (

де

-

ревянные

, 

железобетонные

, 

стальные

). 

Применение

I

R

I

зам

I

C

Рис

. 2. 

Векторная

диаграмма

токов

при

однофазном

замыкании

в

сети

с

резистивным

заземлением

нейтрали

43

такого

решение

позволит

исключить

феррорезонанс

-

ные

процессы

и

повреждения

трансформаторов

на

-

пряжения

.

Низкоомное

резистивное

заземление

нейтрали

может

выполняться

в

сетях

с

любым

емкостным

то

-

ком

, 

при

этом

активный

ток

 IR, 

создаваемый

резисто

-

ром

, 

также

должен

быть

больше

емкостного

тока

сети

.

Как

правило

, 

активный

ток

, 

создаваемый

резисто

-

ром

, 

превышает

емкостный

ток

сети

не

менее

чем

в

 2 

раза

. 

При

таком

соотношении

ток

однофазного

за

-

мыкания

на

землю

определяется

в

основном

только

активным

током

резистора

, 

а

любые

изменения

ем

-

костного

тока

оказывают

незначительное

влияние

на

полный

ток

однофазного

замыкания

. 

Приняв

емкост

-

ный

ток

за

одну

относительную

единицу

, 

а

активный

соответственно

за

две

мы

получим

полный

ток

одно

-

фазного

замыкания

равным

:

I

зам

 = 

√

I

C

2

+ 

I

R

2

 = 

√

 1

2

+ 2

2

 = 2,24

При

таком

соотношении

наличие

емкостного

тока

меняет

полный

ток

однофазного

замыкания

всего

на

12%.

Обычно

ток

, 

создаваемый

резистором

при

низ

-

коомном

резистивном

заземлении

нейтрали

, 

лежит

в

пределах

от

 20 

до

 2000 

А

. 

Величина

тока

, 

создава

-

емого

резистором

, 

выбирается

исходя

из

нескольких

конкретных

условий

: 

стойкость

опор

ВЛ

, 

оболочек

и

экранов

кабелей

к

протеканию

такого

тока

одно

-

фазного

замыкания

; 

наличие

в

сети

высоковольтных

электродвигателей

и

генераторов

; 

чувствительность

релейной

защиты

. 

В

США

типовыми

значениями

токов

низкоомных

резисторов

являются

 200 

А

и

 400 

А

для

промышлен

-

ных

сетей

классов

напряжения

от

 2,4 

до

 25 

кВ

. 

Во

Франции

в

 Electricite de France 

низкоомный

резистор

выбирается

таким

образом

, 

чтобы

ток

однофазного

замыкания

в

воздушных

сетях

не

превышал

 300 

А

, 

а

в

кабельных

 1000 

А

. 

Согласно

действующих

нормам

в

Бельгии

ток

, 

создаваемый

низкоомным

резистором

в

сетях

 6,3 

и

 11 

кВ

, 

лимитируется

величиной

не

бо

-

лее

 500 

А

. 

В

Великобритании

в

сетях

 11 

кВ

применяют

низкоомные

резисторы

 750, 1000 

и

 1500 

А

.

Термическая

стойкость

зарубежных

низкоомных

резисторов

, 

согласно

стандарту

 [3], 

то

есть

способ

-

ность

выдерживать

нормируемый

ток

в

течение

про

-

межутка

времени

, 

составляет

обычно

от

 10 

до

 30 

се

-

кунд

. 

Стандарт

 [12] 

в

свою

очередь

регламентирует

температуры

нагрева

резисторов

при

прохождении

тока

в

течение

 10, 60, 600 

секунд

и

длительно

.

Тем

не

менее

, 

авторы

работы

 [11], 

несомненно

знакомые

с

положениями

стандартов

 [3, 12], 

утверж

-

дают

, 

что

: «….

Особенностями

производимых

и

при

-

меняемых

за

рубежом

высоковольтных

резисторов

являются

малое

номинальное

время

работы

 (

обычно

до

 3 

секунд

)…», 

при

этом

в

более

ранней

работе

 [10] 

упоминалось

о

длительности

 10 

и

 60 

секунд

. 

Поэтому

отметим

, 

что

приводимая

в

работах

 [10, 11] 

информа

-

ция

относительно

термической

стойкости

зарубежных

резисторов

не

соответствует

действительности

.

Режим

заземления

нейтрали

через

резистор

нахо

-

дит

в

последнее

время

все

более

широкое

примене

-

ние

и

в

России

 (

рисунки

 3, 4).

Особо

следует

отметить

применение

резистивно

-

го

заземления

нейтрали

в

новом

классе

напряжения

20 

кВ

, 

который

ранее

в

России

не

применялся

. 

В

по

-

следнее

время

сети

 20 

кВ

интенсивно

развиваются

в

Москве

и

Московской

области

. 

В

кабельных

сетях

20 

кВ

в

качестве

типового

решения

используется

низ

-

коомное

резистивное

заземление

нейтрали

через

резистор

R

 = 12 

Ом

, 

I

 = 1000 

А

  (

в

течение

не

более

10 

секунд

). 

Это

техническое

решение

было

приня

-

то

на

основании

анализа

опыта

эксплуатации

сетей

20 

кВ

во

Франции

, 

где

в

кабельных

городских

сетях

такое

решение

используется

достаточно

давно

.

По

нашему

мнению

величина

 1000 

А

в

некоторых

случаях

представляется

избыточной

. 

Исторически

значение

 1000 

А

было

принято

в

связи

с

низкой

чув

-

ствительностью

старых

защит

от

замыканий

на

зем

-

лю

 (

код

 ANSI 51N) 

с

минимальной

возможной

устав

-

кой

 0,5 

А

 (

по

вторичной

стороне

), 

которые

включались

на

фазные

трансформаторы

тока

 1000/5 

А

 (

схема

со

-

единения

вторичных

обмоток

ТТ

в

звезду

с

включе

-

нием

реле

в

нейтральный

провод

). 

Соответственно

при

уставке

 0,5 

А

по

вторичной

стороне

минимальная

возможная

уставка

по

первичной

стороне

составля

-

ла

 100 

А

. 

Согласно

старому

зарубежному

правилу

релейной

защиты

для

надежной

работы

защиты

ток

однофазного

замыкания

на

землю

должен

в

 10 

раз

превосходить

уставку

. 

Отсюда

величина

тока

резисто

-

ра

должна

была

быть

никак

не

меньше

 1000 

А

.

В

современных

условиях

использования

резистив

-

ного

заземления

нейтрали

в

сетях

 20 

кВ

в

зависи

-

Рис

. 3. 

Высокоомный

резистор

 NER 35 

кВ

, 4000 

Ом

, 5 

А

(

длительно

) 

в

сети

ТЭЦ

-11 

Иркутскэнерго

Рис

. 4. 

Низкоомные

резисторы

 NER 10 

кВ

, 30 

Ом

, 200 

А

(10 

секунд

) 

на

ПС

 «

Петродворец

»

№

 3 (36) 2016

44

СЕТИ РОССИИ

мости

от

емкостного

тока

конкретной

сети

можно

бы

было

рассмотреть

варианты

применения

резисторов

на

 200–600 

А

. 

Тепловыделение

в

месте

повреждения

(

разделка

, 

кабельный

отсек

КРУ

) 

зависит

от

квадрата

тока

. 

Снижение

тока

низкоомного

резистора

в

 2 

раза

даст

уменьшение

энергии

в

месте

повреждения

в

 4 

раза

, 

а

это

существенно

уменьшит

объем

раз

-

рушения

оборудования

в

месте

возникновения

дуги

. 

Использование

кабельных

трансформаторов

тока

нулевой

последовательности

позволяет

исключить

небалансы

, 

присущие

трех

-

трансформаторной

схе

-

ме

с

фазными

ТТ

, 

и

снизить

уставки

. 

В

случае

недо

-

статочной

чувствительности

простых

токовых

защит

от

замыканий

на

землю

для

повышения

чувствитель

-

ности

могут

использоваться

направленные

защиты

по

активной

составляющей

тока

замыкания

на

землю

.

Следует

отметить

, 

что

применение

низкоомного

резистивного

заземления

нейтрали

в

сетях

 20 

кВ

на

начальном

этапе

внедрения

таких

технических

реше

-

ний

сопряжено

с

неизбежными

ошибками

проектных

и

эксплуатирующих

организаций

. 

В

качестве

примера

можно

привести

термическое

повреждение

резистора

NER 12 

Ом

 1000 

А

 (

термическая

стойкость

не

более

10 

секунд

) 

на

ПС

  «

Смирново

» 

Московского

ПМЭС

в

 2015 

году

. 

Причиной

термического

повреждения

резистора

послужило

длительное

  (

десятки

секунд

) 

неотключенное

однофазное

замыкание

на

землю

, 

возникшее

вследствие

порыва

кабеля

 20 

кВ

строи

-

тельной

техникой

. 

Однофазное

замыкание

на

землю

, 

возникшее

через

значительное

переходное

сопро

-

тивление

в

месте

повреждения

, 

вызвало

ток

, 

который

оказался

ниже

уставки

токовой

защиты

от

замыканий

на

землю

КЛ

 20 

кВ

. 

В

связи

с

этим

произошел

отказ

в

отключении

однофазного

замыкания

на

линии

. 

Ре

-

зервная

неселективная

защита

по

 3U0 

от

замыканий

на

землю

с

действием

на

отключение

выключате

-

ля

ввода

на

секции

ПС

отсутствовала

. 

Это

привело

к

термическому

повреждению

резистора

вследствие

нерасчетного

воздействия

тока

однофазного

замыка

-

ния

. 

Подобные

события

пока

еще

возникают

вслед

-

ствие

малого

опыта

проектирования

и

эксплуатации

инновационных

решений

в

сетях

 20 

кВ

. 

В

целом

, 

низ

-

коомное

резистивное

заземление

нейтрали

является

благоприятным

режимом

заземления

нейтрали

с

по

-

зиций

исключения

дуговых

перенапряжений

, 

увели

-

чения

срока

службы

изоляции

оборудования

и

более

простой

организации

релейной

защиты

от

замыканий

на

землю

. 

Такой

режим

несомненно

и

далее

будет

использоваться

в

кабельных

промышленных

и

город

-

ских

сетях

 6–35 

кВ

России

.

4. 

Заземление

нейтрали

через

индуктивность

Режим

заземления

нейтрали

через

индуктивность

(

рисунок

 1

Г

) 

подразумевает

ограничение

тока

одно

-

фазного

замыкания

на

землю

за

счет

заземления

нейтрали

через

малое

индуктивное

сопротивление

. 

В

качестве

такого

индуктивного

сопротивления

чаще

всего

применяют

специальный

трехфазный

зазем

-

ляющий

трансформатор

  (

рисунок

 5) 

с

соединением

обмоток

в

зигзаг

и

глухим

заземлением

его

нейтраль

-

ной

точки

. 

Такой

режим

заземления

нейтрали

при

-

меняется

во

Франции

, 

Испании

и

Португалии

  (

сети

10–36 

кВ

). 

Ток

однофазного

замыкания

на

землю

ограничивается

индуктивным

сопротивлением

ну

-

левой

последовательности

заземляющего

транс

-

форматора

до

величины

 300 

А

в

воздушных

сетях

и

 1000 

А

в

кабельных

сетях

 [8, 9]. 

При

таких

токах

за

-

щиты

от

однофазных

замыканий

на

землю

действу

-

ют

на

мгновенное

отключение

.

Повышение

требований

к

надежности

электро

-

снабжения

потребителей

привело

к

постепенному

переходу

и

внедрению

в

воздушных

сетях

 20 

кВ

Фран

-

ции

и

Испании

дугогасящих

реакторов

, 

то

есть

к

пере

-

смотру

режима

заземления

нейтрали

и

использова

-

нию

режима

 (

рисунок

 1

Д

).

Следует

также

отметить

, 

что

при

применении

ре

-

жима

заземления

нейтрали

через

малую

индуктив

-

ность

  (

рисунок

  1

Г

) 

стандарт

 [3] 

рекомендует

, 

чтобы

ток

однофазного

замыкания

на

землю

был

: «…

не

менее

 25%, 

а

предпочтительно

 60% 

тока

трехфазно

-

го

короткого

замыкания

для

исключения

серьезных

переходных

перенапряжений

».

В

России

в

сетях

 6–35 

кВ

режим

заземления

ней

-

трали

через

малую

индуктивность

не

разрешен

к

при

-

менению

в

ПУЭ

. 

Это

вполне

оправданно

, 

так

как

созда

-

вать

токи

однофазного

замыкания

на

уровне

 25–60% 

от

уровня

тока

трехфазного

к

.

з

. 

не

имеет

смысла

как

с

позиции

избыточного

термического

воздействия

на

оборудование

, 

так

и

с

позиции

достаточной

чувстви

-

тельности

современных

защит

от

замыканий

на

зем

-

лю

к

существенно

меньшим

токам

. 

5. 

Заземление

нейтрали

через

дугогасящий

реактор

Режим

заземления

нейтрали

через

дугогасящий

реактор

 (

рисунок

 1

Д

) 

широко

применяется

в

большин

-

стве

европейских

стран

  (

Германия

, 

Швейцария

, 

Ав

-

стрия

, 

Чехия

, 

Франция

, 

Италия

, 

Польша

, 

Финляндия

, 

Швеция

и

др

.). 

В

Германии

и

Австрии

режим

заземле

-

ния

нейтрали

через

дугогасящий

реактор

применяет

-

ся

даже

в

сетях

 110 

кВ

. 

Основной

причиной

использо

-

вания

дугогасящих

реакторов

в

европейских

странах

являются

высокие

требования

к

надежности

электро

-

снабжения

потребителей

и

соответственно

высокие

штрафы

, 

которым

подвергаются

энергоснабжающие

компании

за

недоотпуск

электроэнергии

.

Особенно

широко

дугогасящие

реакторы

применя

-

ются

в

воздушных

и

смешанных

кабельно

-

воздушных

сетях

 10–69 

кВ

, 

а

также

в

чисто

кабельных

сетях

при

отсутствии

резервирования

потребителей

.

Рис

. 5. 

Заземляющий

трансформатор

 TEGE

45

Применение

дугогасящих

реакторов

в

сетях

с

ВЛ

имеет

существенные

преимущества

.

Во

-

первых

, 

так

как

изоляция

ВЛ

является

само

-

восстанавливающейся

, 

а

реактор

обеспечивает

га

-

шение

дуги

тока

однофазного

замыкания

, 

то

любые

однофазные

перекрытия

изоляции

на

землю

по

при

-

чине

грозы

, 

оседания

росы

и

мокрого

снега

, 

воздей

-

ствия

птиц

не

влекут

за

собой

возникновения

устой

-

чивого

замыкания

.

Во

-

вторых

, 

применение

дугогасящих

реакто

-

ров

в

сетях

с

ВЛ

увеличивает

чувствительность

сигнализации

о

замыканиях

на

землю

к

однофаз

-

ным

повреждениям

через

значительное

переход

-

ное

сопротивление

  (

падение

дерева

на

линию

, 

падение

провода

на

сухой

песок

, 

сухую

траву

). 

Расчеты

, 

приведенные

в

 [4], 

показывают

, 

что

при

емкостных

токах

сети

 6 

кВ

в

диапазоне

 5–30 

А

и

активной

проводимости

изоляции

равной

 5% 

ем

-

костной

, 

сопротивление

в

месте

замыкания

, 

при

котором

напряжение

на

нейт

рали

меньше

 15 

В

(

уставки

сигнализации

по

 3

U

0

) 

превышает

 10 

кОм

. 

То

есть

наличие

настроенного

в

резонанс

дуго

-

гасящего

реактора

позволяет

выявлять

даже

за

-

мыкания

через

значительные

переходные

сопро

-

тивления

 (10 

кОм

и

ниже

). 

Причем

эффективность

реактора

в

выявлении

таких

повреждений

растет

с

уменьшением

емкостного

тока

сети

. 

В

сетях

6 

кВ

с

емкостным

током

 3–5 

А

можно

определить

даже

замыкание

через

переходное

сопротивление

20 

кОм

. 

И

таких

воздушных

сетей

 6–35 

кВ

с

малым

емкостным

током

в

России

достаточно

много

, 

при

-

чем

все

они

, 

в

основном

, 

работают

в

настоящий

момент

с

изолированной

нейтралью

. 

Для

заземле

-

ния

нейтрали

за

рубежом

, 

как

правило

, 

применяют

традиционные

плунжерные

плавно

-

регулируемые

дугогасящие

реакторы

. 

Дугогасящие

реакторы

с

подмагничиванием

не

используются

в

принципе

по

экономическим

соображениям

  (

затраты

элек

-

троэнергии

на

подмагничивание

).

Для

организации

релейной

защиты

от

однофаз

-

ных

замыканий

на

дугогасящих

реакторах

применя

-

ют

шунтирующие

низковольтные

резисторы

  (

рису

-

нок

  6), 

подключаемые

к

вспомогательной

обмотке

500 

В

реактора

, 

или

высоковольтные

низкоомные

резисторы

  (

рисунок

 7), 

подключаемые

силовым

выключателем

непосредственно

к

нейтрали

. 

Низ

-

ковольтный

шунтирующий

резистор

напряжением

500 

В

 (

рисунок

 6) 

подключается

через

специальный

контактор

во

вторичную

силовую

обмотку

 500 

В

дуго

-

гасящего

реактора

.

В

существующих

российских

сетях

 6–35 

кВ

с

за

-

землением

нейтрали

через

дугогасящие

реакторы

, 

но

без

шунтирующего

резистора

существует

про

-

блема

организации

селективной

защиты

от

одно

-

фазных

замыканий

на

землю

. 

В

этих

сетях

не

могут

использоваться

как

простые

токовые

защиты

от

за

-

мыканий

на

землю

 (

код

 ANSI 51G), 

так

и

направлен

-

ные

защиты

 (

код

 ANSI 67N). 

Первые

в

связи

с

тем

, 

что

дугогасящий

реактор

компенсирует

ток

одно

-

фазного

замыкания

  (

ток

  3

I

0

) 

в

поврежденном

при

-

соединении

практически

до

нуля

. 

Вторые

в

связи

с

совпадением

направления

тока

  3

I

0

в

поврежден

-

ном

и

неповрежденных

фидерах

по

направлению

. 

В

поврежденном

фидере

в

направлении

  «

от

шин

» 

течет

индуктивный

ток

 3

I

0

по

величине

равный

соб

-

ственному

емкостному

току

фидера

, 

а

в

неповреж

-

денных

фидерах

собственные

емкостные

токи

в

на

-

правлении

 «

к

шинам

». 

Режим

заземления

нейтрали

через

дугогасящий

реактор

с

шунтирующим

низковольтным

резисто

-

ром

, 

подключаемым

во

вторичную

силовую

об

-

мотку

напряжением

 500 

В

, 

позволяет

реализовать

селективную

защиту

от

замыканий

на

землю

как

с

использование

простых

токовых

защит

  (

код

 ANSI 

51G), 

так

и

более

сложных

направленных

защит

по

направлению

тока

 3

I

0

 (

код

 ANSI 67N) 

или

активной

мощности

нулевой

последовательности

 («

ваттме

-

трические

», 

код

 ANSI 32). 

Как

правило

, 

защиты

от

замыканий

на

землю

в

этом

случае

действуют

на

сигнал

 (

ток

в

месте

повреждения

мал

и

его

немед

-

ленное

отключение

не

требуется

).

При

наличии

шунтирующего

низковольтного

(500 

В

) 

резистора

логика

использования

дугога

-

сящих

реакторов

следующая

. 

До

момента

воз

-

никновения

однофазного

замыкания

дугогасящий

реактор

настроен

в

резонанс

, 

а

шунтирующий

ре

-

зистор

отключен

. 

В

начальной

стадии

замыкания

дуга

обычно

неустойчива

и

возникают

повторные

зажигания

и

гашения

. 

При

этом

реактор

действу

-

ет

, 

как

дугогасящее

устройство

и

позволяет

не

от

-

ключать

поврежденный

фидер

. 

В

том

случае

, 

если

замыкание

перешло

в

устойчивое

, 

с

определенной

выдержкой

времени

, 

задаваемой

в

регуляторе

REG-DPA 

реактора

, 

подключается

шунтирующий

Рис

. 6. 

Дугогасящий

реактор

 ASR0.63P 480 

кВА

, 10 

кВ

с

низковольтным

шунтирующим

резистором

 500 

В

 (

спра

-

ва

на

швеллерах

)

Рис

. 7. 

Дугогасящий

реактор

 ZTC250 15

кВ

с

высоко

-

вольтным

низкоомным

резистором

 15 

кВ

и

силовым

однофазным

выключателем

№

 3 (36) 2016

46

СЕТИ РОССИИ

резистор

  (

на

время

от

 1 

до

 3 

секунд

). 

Цифровой

регулятор

 REG-DPA 

реактора

дает

команду

на

включение

контактора

шунтирующего

резисто

-

ра

напряжением

 500 

В

, 

который

подключается

к

вторичной

силовой

обмотке

реактора

 500 

В

 (

ри

-

сунок

 6). 

Подключение

шунтирующего

резистора

на

 1–3 

секунды

создает

только

в

поврежденном

фидере

активный

ток

 3

I

0

, 

величина

которого

опре

-

деляется

сопротивлением

резистора

и

может

со

-

ставлять

от

 5 

до

 100 

А

. 

Этого

тока

достаточно

для

селективного

срабатывания

даже

обычной

токо

-

вой

защиты

от

замыканий

на

землю

поврежденно

-

го

присоединения

. 

Уставка

простых

токовых

защит

(

код

 ANSI 51G) 

от

замыканий

на

землю

по

току

 3

I

0

на

фидерах

выбирается

, 

исходя

из

собственного

емкостного

тока

присоединения

  (

или

суммарного

тока

присоединения

и

питаемого

им

РП

). 

Для

современных

цифровых

защит

с

фильтраци

-

ей

входного

сигнала

можно

рекомендовать

уставку

на

уровне

 1,5

I

C. 

СОБСТВ

 (

собственных

емкостных

тока

присоединения

). 

Уставка

по

времени

защит

от

за

-

мыканий

на

землю

при

действии

на

сигнал

может

приниматься

в

диапазоне

от

 0 

до

 0,5 

секунды

в

за

-

висимости

от

необходимости

отстройки

от

переход

-

ных

процессов

.

В

нормальном

режиме

низковольтный

шунти

-

рующий

резистор

 SR 

дугогасящего

реактора

от

-

ключен

и

не

влияет

на

точность

настройки

компен

-

сации

. 

Резистор

подключается

только

на

время

, 

требуемое

для

срабатывания

защит

от

замыканий

на

землю

 (1–3 

секунды

). 

Термическая

стойкость

резистора

, 

как

правило

, 60 

секунд

. 

Подключение

шунтирующего

резистора

регулятор

 REG-DPA 

ре

-

актора

может

выполнять

как

по

факту

перехода

замыкания

в

устойчивое

, 

так

и

просто