Опыт эксплуатации электрических сетей 20 кВ и вопросы развития их структуры

Page 1
background image

Page 2
background image

74

Опыт эксплуатации 

электрических 

сетей 20 кВ 

и вопросы развития 

их структуры

По

 

материалам

III 

Всероссийской

 

конференции

«

ТЕХНИКО

-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

 

АСПЕКТЫ

 

РАЗВИТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

 20 

кВ

»

э

л

е

к

т

р

и

ч

е

с

к

и

е

 с

е

т

и

 2

0

 к

В

электрические сети 20 кВ

Массовое

 

строительство

 

сети

 20 

кВ

 

в

 

Москве

 

началось

 

пять

 

лет

 

назад

Проложено

 

уже

 

свыше

 1000 

км

 

кабельных

 

линий

При

 

строительстве

 

сети

 

ряд

 

решений

 

принимался

 

на

 

основании

 

инженерного

 

опыта

аналогов

а

 

в

 

ряде

 

слу

-

чаев

 — 

на

 

волевых

 

решениях

Тем

 

более

 

что

 

зарубежный

 

опыт

 

не

 

полностью

 

пригоден

так

 

как

 

принципы

 

построе

-

ния

 

сетей

 

среднего

 

напряжения

 

в

 

России

 

и

 

за

 

рубежом

 

различаются

Накопленный

 

опыт

 

по

 

эксплуатации

 

сети

 

20 

кВ

его

 

анализ

 

и

 

обобщение

 

позволили

 

сформировать

 

ряд

 

рекомендаций

 

по

 

построению

 

систем

 

электроснабже

-

ния

 

крупных

 

городов

.

Майоров

 

А

.

В

.,

 

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

АО

 «

ОЭК

»

С

еть

 20 

кВ

 

имеет

 

свои

 

осо

-

бенности

 

по

 

сравнению

 

с

 

электрическими

 

сетями

 

других

 

классов

 

напря

-

жения

низкоомное

 

резистивное

 

заземление

 

нейтрали

высокую

 

концентрацию

 

мощностей

новые

 

малогабаритные

 

типы

 

оборудо

-

вания

современные

 

материалы

 

и

 

др

Это

 

влияет

 

на

 

выбор

 

струк

-

туры

 

и

 

параметров

 

сети

.

Важным

 

вопросом

 

при

 

опре

-

делении

 

параметров

 

кабельной

 

сети

 

является

 

выбор

 

сечения

 

жил

 

и

 

экранов

 

кабелей

Выбор

 

мощ

-

ности

 

электрических

 

аппаратов

 

и

 

сечения

 

проводников

 

проводит

-

ся

 

по

 

продолжительным

 

режимам

 

и

 

подвергается

 

проверке

 

по

 

усло

-

виям

 

кратковременных

 

режимов

Выбор

 

сечения

 

жил

 

кабелей

 

про

-

водится

 

с

 

учетом

 

экономической

 

плотности

 

тока

.

В

 

таблице

 1 

даны

 

удельные

 

приведенные

 (

дисконтированные

затраты

 

на

 

кабельные

 

линии

 

в

 

за

-

висимости

 

от

 

сечений

 

жил

 

и

 

экра

-

нов

 

при

 

предельной

 

мощности

 

распределительного

 

пункта

  (

РП

20 

кВ

рассчитанной

 

на

 15–20 

МВт

Цветом

 

выделены

 

зоны

 

равноэко

-

номичности

то

 

есть

 ±5% 

относи

-

тельно

 

точки

 

оптимума

.

Как

 

видно

при

 

сечении

 

экра

-

нов

 

до

 70 

мм

2

что

как

 

правило

всегда

 

выполняется

оптималь

-

ное

 

сечение

 

кабельной

 

линии

  —

500 

мм

2

 

в

 

земле

 

и

 400 

мм

2

 

в

 

воз

-

духе

Однако

 

зона

 

равноэконо

-

мичности

 

при

 

вариации

 

сечений

 

чрезвычайно

 

широка

 — 

от

 300 

до

 

630 

мм

2

С

 

учетом

 

крайне

 

неблагопри

-

ятных

 

условий

 

прокладки

 

кабель

-

ных

 

линий

 

в

 

мегаполисе

следу

-

ет

 

перейти

 

к

 

сечениям

 630 

мм

2

 

в

 

земле

 

и

 500 

мм

2

 

в

 

воздухе

 

для

 

увеличения

 

допустимой

 

токовой

 

нагрузки

 

при

 

сохранении

 

общей

 

экономичности

.

Важным

 

вопросом

 

при

 

выбо

-

ре

 

параметров

 

кабельных

 

линий

 


Page 3
background image

75

является

 

обоснование

 

сечений

 

экранов

Такой

 

выбор

 

осущест

-

вляется

 

с

 

учетом

 

режима

 

КЗ

.

В

 

сетях

 6–10 

кВ

 

расчетным

 

при

 

выборе

 

экранов

 

является

 

двух

-

местное

  (

по

 

сути

 — 

двухфазное

 

на

 

землю

КЗ

Экраны

 

кабелей

 

в

 

электриче

-

ской

 

сети

 20 

кВ

 

продолжают

 

по

 

инерции

 

выбирать

 

по

 

току

 

двух

-

местного

 

КЗ

как

 

и

 

для

 

сетей

 

6–10 

кВс

 

изолированной

 

или

 

ком

-

пенсированной

 

нейтралью

.

Более

 

того

в

 

некоторых

 

источ

-

никах

 

утверждается

что

 

для

 

по

-

фазно

-

экранированных

 

кабелей

проложенных

 

треугольником

 

без

 

просвета

отсутствуют

 

условия

 

для

 

самопогасания

 

дуги

Всякое

 

однофазное

 

замыкание

 

на

 

землю

 

в

 

КЛ

 

с

 

пофазно

-

экранированными

 

кабелями

 

переходит

 

в

 

междуфаз

-

ное

 

КЗ

При

 

токах

 

однофазного

 

замыкания

 100 

А

 

и

 

более

 

время

 

процесса

 

составляет

 

менее

 1 

с

.

В

 

представленном

 

выводе

на

-

ряду

 

с

 

отмеченным

 

быстродей

-

ствующим

 

отключением

 

ОЗЗ

 

в

 

сети

 

с

 

низкоомным

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

упущено

 

важное

 

заключение

 

о

 

снижении

 

на

 

«

здоровых

» 

фазах

 

уров

-

ней

 

перенапряжений

 

при

 

ОЗЗ

Для

 

возникновения

 

двухместных

 

КЗ

 

именно

 

они

 

и

 

являются

 

определя

-

ющими

Для

 

определения

 

возможности

 

перехода

 

ОЗЗ

 

в

 

многофазные

 

КЗ

 

были

 

проведены

 

натурные

 

экспе

-

рименты

На

 

рисунке

 1 

представ

-

лен

 

фрагмент

 

схемы

 

испытуемой

 

электроустановки

.

Испытания

 

проводились

 

на

 

КЛ

отходящей

 

от

 

РП

 70073 

к

 

трансфор

-

маторным

 

подстанциям

 20/0,4 

кВ

конечных

 

потребителей

При

 

экс

-

перименте

 

нагрузка

 

РП

 70073 

пе

-

реводилась

 

на

 

вторую

 

секцию

не

 

задействованную

 

в

 

испытаниях

.

Механический

 

пробой

 

был

 

сде

-

лан

 

устройством

 

дистанционного

 

пробоя

 

кабеля

 

так

чтобы

 

соз

-

Табл

. 1. 

Удельные

 

приведенные

 (

дисконтированные

затраты

на

 

КЛ

 

для

 

прокладки

 

в

 

земле

 

и

 

в

 

воздухе

 (

руб

./

м

)

в

 

зависимости

 

от

 

сечений

 

жилы

 

S

Ж

 

и

 

экрана

 

S

Э

S

Э

мм

2

S

Ж

мм

2

240

300

400

500

630

800

прокладка

 

в

 

земле

16

1920

1782

1699

1671

1715

1823

35

2014

1881

1808

1789

1845

1957

50

2105

1978

1914

1903

1971

2098

70

2213

2093

2042

2039

2124

2267

95

2393

2284

2254

2267

2377

2554

прокладка

 

в

 

воздухе

16

2121

1999

1907

1911

1965

2055

35

2233

2117

2035

2049

2115

2220

50

2341

2230

2158

2184

2263

2382

70

2470

2368

2307

2345

2441

2577

95

2695

2597

2555

2615

2738

2904

Рис

. 1. 

Схема

 

натурного

 

эксперимента

данное

 

отверстие

 

между

 

жилой

 

и

 

экраном

 

было

 

направлено

 

стро

-

го

 

внутрь

 

треугольника

 

из

 

трех

 

по

-

фазно

-

экранированных

 

кабелей

 

с

 

той

 

целью

чтобы

 

максималь

-

но

 

воздействовать

 

на

 

изоляцию

 

«

здоровых

» 

фаз

.

Уставка

 

по

 

времени

 

защиты

 

от

 

ОЗЗ

 

на

 

КЛ

отходящей

 

от

 

РП

была

 

увеличена

 

с

 0,25 

до

 1,5 

с

При

 

подаче

 

напряжения

 

на

 

испы

-

туемую

 

КЛ

 

наблюдался

 

сравни

-

тельно

 

мощный

 

дуговой

 

разряд

 

(

рисунок

 2). 

Фаза

подвергнутая

 

механическому

 

пробою

была

 

прожжена

 

насквозь

  (

рисунок

 3). 

Рис

. 2. 

Дуговой

 

разряд

 

на

 

испытуемой

 

КЛ

Рис

. 3. 

Повреждение

 

кабеля

 4 (43) 2017


Page 4
background image

76

Обе

  «

здоровые

» 

фазы

 

получили

 

незначительные

 

повреждения

 

на

-

ружных

 

защитных

 

оболочек

 

ка

-

белей

которые

 

расплавились

 

на

 

площади

 1,5–2 

см

2

 

и

 

произошло

 

оплавление

 

проволок

 

экранов

Проведенные

 

испытания

  «

здоро

-

вых

» 

фаз

 

показали

что

 

их

 

рабо

-

чая

 

изоляция

 

выдерживает

 

требу

-

емое

 

испытательное

 

напряжение

Испытания

 

проведены

 

по

 

штатной

 

методике

 

установкой

 VLF 54 kV 

напряжением

 36 

кВ

 

частотой

 

0,1 

Гц

.

Процесс

 

ОЗЗ

 

исследовал

-

ся

 

с

 

применением

 

электронных

 

осциллографов

входящих

 

в

 

со

-

став

 

терминалов

 

РЗА

ТЭМП

 

2501–51

М

  (

отходящая

 

линия

), 

ТОР

 300–

ДЗЛ

  (

ввод

 

на

 

секцию

). 

Возникновение

 

ОЗЗ

 

не

 

сопро

-

вождалось

 

перенапряжениями

что

 

обусловлено

 

наличием

 

рези

-

стора

 

в

 

нейтрали

 (

рисунки

 4).

Таким

 

образом

при

 

возник

-

новении

 

пробоя

 

изоляции

 

по

-

фазно

-

экранированного

 

кабеля

 

внутрь

  (

наиболее

 

тяжелое

 

рас

-

четное

 

условие

трехфазной

 

группы

 

из

 

однофазных

 

кабелей

 

при

 

силе

 

тока

 860 

А

 

и

 

длитель

-

ности

 1,5 

с

 

энергии

 

дуги

 

оказа

-

лось

 

недостаточно

чтобы

 

ОЗЗ

 

перешло

 

в

 

междуфазное

 

КЗ

.

Второй

 

опыт

 

проводился

 

на

 

той

 

же

 

жиле

.

Кабель

 

присыпался

 

слоем

 15–

20 

см

 

песка

Выдержка

 

времени

 

защиты

 

от

 

ОЗЗ

 

была

 

снижена

 

до

 1,0 

с

так

 

как

 

опыты

 

проводились

 

друг

 

за

 

другом

 

и

 

их

 

результаты

 

были

 

уже

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ 

СЕТИ 20 КВ

Рис

. 4. 

Осциллограммы

 

процесса

очевидны

Пробой

 

создавался

 

не

 

проколом

 

кабеля

а

 

вворачи

-

ванием

 

в

 

него

 

самореза

обеспе

-

чивающего

 

электрическую

 

связь

 

жилы

 

и

 

экрана

Данный

 

экспери

-

мент

 

преследовал

 

уже

 

локальную

 

цель

 — 

выявить

влияет

 

ли

 

харак

-

тер

 

нарушения

 

целостности

 

изо

-

ляции

 

между

 

жилой

 

и

 

экраном

 

на

 

сам

 

дуговой

 

разряд

 

и

 

его

 

воздей

-

ствие

 

на

  «

здоровые

» 

фазы

 

при

 

закрытой

 

дуге

.

Дуговой

 

разряд

 

пробил

 

слой

 

песка

Характер

 

повреждений

 

«

здоровых

» 

фаз

 

изменился

 

не

-

значительно

От

 

горения

 

закры

-

той

 

дуги

  «

здоровые

» 

фазы

 

также

 

получили

 

внешние

 

повреждения

 

оболочки

 

кабелей

 

и

 

экранов

  (

ри

-

сунок

 5). 

Высоковольтные

 

испытания

как

 

и

 

ранее

подтвердили

 

целост

-

ность

 

рабочей

 

изоляции

.

 

Таким

 

образом

проведенные

 

опыты

 

показали

что

 

в

 

электри

-

ческих

 

сетях

 20 

кВ

 

с

 

низкоомным

 

резистивным

 

заземлением

 

ней

-

трали

 

выбор

 

сечений

 

экранов

 

по

-

фазно

-

экранированных

 

кабелей

 

следует

 

проводить

 

по

 

току

 

одно

-

фазного

 

замыкания

 

на

 

землю

а

 

не

 

по

 

двухместному

 

КЗ

Это

 

отличие

 

принципиально

 

и

 

важно

 

с

 

точки

 

зрения

 

снижения

 

стои

-

мости

 

кабельной

 

продукции

 

и

 

по

-

терь

 

мощности

 

и

 

энергии

 

в

 

сетях

.

Экспериментально

 

установ

-

лено

что

 

в

 

электрической

 

сети

 

20 

кВ

 

однофазное

 

замыкание

 

на

 

землю

 

в

 

пофазно

-

экраниро

-

ванных

 

кабелях

уложенных

 

тре

-

угольником

 

вплотную

при

 

токе

 

860 

А

 

и

 

длительности

 

до

 1,5 

с

 

не

 

переходит

 

в

 

многофазное

 

КЗ

То

 

есть

 

энергии

 

дуги

 

оказывается

 

недостаточно

 

для

 

полного

 

про

-

жига

 

рабочей

 

изоляции

  «

здоро

-

вых

» 

фаз

Данный

 

факт

 

требует

 

осмысления

 

при

 

моделирова

-

нии

 

электродуговых

 

процессов

 

в

 

электроустановках

.

На

 

основании

 

эксплуатаци

-

онных

 

данных

 

оценены

 

характе

-

ристики

 

надежности

 

элементов

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

  (

таб

-

лица

 2).

t

мс

t

мс

U

о

.

е

.

I

А

Напряжения

 

фаз

Ток

 

однофазного

 

замыкания

1,5

1

0,5

0

-0,5

-1

-1,5

-2

800
600
400
200

0

-200
-400
-600
-800

-1000

150

140

130

120

110

100

90

80

150

140

130

120

110

100

90

80

Рис

. 5. 

Характер

 

повреждения

 «

здоровых

» 

фаз

 

в

 

опыте

 

 2

Табл

. 2. 

Характеристики

 

надежности

 

элементов

 

электрических

 

сетей

Элемент

 

сети

Параметр

 

потока

отказов

, 1/

год

Ячейка

 

КРУ

 20 

кВ

 

с

 

выключателем

0,002

Моноблок

 

по

 

типу

 RM–6

0,002

Трансформатор

 20/0,4 

кВ

0,006

Кабель

 20 

кВ

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

0,04


Page 5
background image

77

Выявлено

что

 

при

 

использо

-

вании

 

современных

 

малогаба

-

ритных

 

КРУ

 

с

 

элегазовыми

 

или

 

вакуумными

 

выключателями

а

 

также

 

кабелей

 

из

 

сшитого

 

по

-

лиэтилена

 

их

 

надежность

 

воз

-

растает

 

в

 3–10 

раз

 

по

 

сравнению

 

с

 

КРУ

 

с

 

маломасляными

 

вы

-

ключателями

 

и

 

кабелями

 

с

 

бу

-

мажно

-

масляной

 

пропитанной

 

изоляцией

Исключение

 

соста

-

вили

 

силовые

 

трансформаторы

 

20/0,4 

кВ

  (

преимущественно

 

су

-

хие

), 

надежность

 

которых

 

замет

-

но

 

уступила

 

обычным

 

масляным

 

трансформаторам

 10 

кВ

.

С

 

использованием

 

этих

 

ха

-

рактеристики

 

была

 

проведена

 

оценка

 

надежности

 

схем

 

элек

-

троснабжения

 20 

кВ

.

В

 

качестве

 

примера

 

для

 

оценки

 

надежности

 

взята

 

схема

 

электроснабжения

 14-

го

 

участка

 

ММДЦ

  «

Москва

-

Сити

» (

башня

 

«

Меркурий

»). 

Это

 

крупный

 

объ

-

ект

состоящий

 

из

 10 

ТП

 20/0,4 

кВ

 

мощностью

 2×1600 

кВ

·

А

 

каждая

двух

 

соединительных

 

пунктов

 

и

 

одного

 

распределительного

 

пункта

питаемого

 

от

 

двух

 

цен

-

тров

 

питания

 110–220/20 

кВ

 

по

 

географически

 

разнесенным

 

трассам

 (

рисунок

 6).

Анализ

 

надежности

 

электро

-

снабжения

 

конечных

 

потреби

-

телей

 

схемы

 

базируется

 

на

 

ее

 

трехуровневой

 

декомпозиции

трансформаторных

 

подстанций

распределительной

  (

от

 

РП

-1 

до

 

ТП

 20/0,4 

кВ

и

 

питающей

 

сетей

 

(

от

 

ЦП

-1, 2 

до

 

РП

-1).

Рассматривались

 

одновремен

-

ные

 

отказы

 

двух

 

элементов

 

схе

-

мы

 

и

 

отказы

 

одного

 

элемента

 

во

 

время

 

планового

 

простоя

 

другого

Основные

 

допущения

:

1. 

Потоки

 

отказов

 

являются

 

пуас

-

соновскими

.

2. 

Момент

 

планового

 

отключения

 

элемента

 

схемы

 

имеет

 

равно

-

мерное

 

распределение

 

на

 

от

-

резке

 

один

 

год

.

Исходя

 

из

 

первого

 

допущения

 

плотности

 

распределения

 

вероят

-

ностей

 

отказов

 

лучей

 

схемы

q

1

(

t

1

) = 

1

e

-

1

t

1

и

 

q

2

(

t

2

) = 

2

e

-

2

t

2

,

где

 

результирующие

 

интенсивно

-

сти

 

отказов

1

 = 

T

1

 + 

Q

1

 + 

Q

3

и

 

2

 = 

T

2

 + 

Q

2

 + 

Q

4

имеют

 

экспоненциальный

 

вид

От

-

сюда

 

вероятность

 

одновременно

-

го

 

погашения

 

обоих

 

лучей

 — 

это

 

двойной

 

интеграл

 

от

 

указанных

 

плотностей

 

вероятностей

 

с

 

обла

-

стью

 

интегрирования

 

t

1

 – 

t

2

 

мень

-

ше

 

времени

 

восстановления

 

луча

P

P

 = 

∫∫

 

q

1

(

t

1

q

2

(

t

2

dt

1

dt

2

.

 

|

t

1

 – 

t

2

| < 

T

B

Аналитическое

 

решение

 

это

-

го

 

интеграла

 

дает

 

упрощенное

 

выражение

 

в

 

виде

 

удвоенного

 

произведения

 

интенсивностей

 

отказов

 

лучей

 

на

 

время

 

восста

-

новления

:

P

P

 

 2

1

T

B

.

Что

 

касается

 

расчетов

 

вероят

-

ностей

 

при

 

отказах

 

одного

 

эле

-

мента

 

во

 

время

 

планового

 

простоя

 

других

то

 

использован

 

аналогич

-

ный

 

подход

при

 

том

что

 

одна

 

из

 

плотностей

 

вероятностей

 

равня

-

лась

 

единице

.

Рис

. 6. 

Схема

 

электроснабжения

 14-

го

 

участка

 

ММДЦ

 «

Москва

-

Сити

» (10 

ТП

 20/0,4 

кВ

 2×1600 

кВ

·

А

, 2 

СП

, 1 

РП

, 2 

ЦП

)

 4 (43) 2017


Page 6
background image

78

В

 

таблице

 3 

приведены

 

ре

-

зультаты

 

расчетов

 

вероятностей

 

отказа

 

для

 

уровней

 

трансформа

-

торных

 

подстанций

распредели

-

тельной

питающей

 

сетей

а

 

также

 

одновременно

 

питающей

 

и

 

рас

-

пределительной

 

сетей

.

Как

 

видно

наличие

 

над

 

уров

-

нем

 

ТП

 

надстройки

 

в

 

виде

 

рас

-

пределительной

 

и

 

питающей

 

сетей

 

более

 

чем

 

на

 

порядок

 

увеличивает

 

вероятность

 

и

 

объемы

 

погашения

 

конечных

 

потребителей

.

Следовательно

на

 

уровне

 

рас

-

пределительной

 

и

/

или

 

питающей

 

сетей

 

необходимо

 

предусматри

-

вать

 

резервные

 

связи

чтобы

 

вос

-

станавливать

 

электроснабжение

 

потребителей

 

не

 

через

 

время

 

восстановления

 

поврежденного

 

элемента

  (

десятки

 

часов

), 

а

 

че

-

рез

 

время

 

оперативных

 

переклю

-

чений

 (1–2 

ч

), 

то

 

есть

 

на

 

порядок

 

быстрее

Таким

 

образом

с

 

указанных

 

по

-

зиций

 

можно

 

согласиться

 

с

 

инже

-

нерной

 

практикой

 

использования

 

в

 

распределительных

 

сетях

 

мега

-

полиса

 

лишь

 

на

 

первый

 

взгляд

 

из

-

быточных

 

встречных

 

двухлучевых

 

схем

опирающихся

 

на

 

два

 

РП

Ко

-

нечный

 

потребитель

 

при

 

этом

 

име

-

ет

 

связь

 

с

 

их

 

четырьмя

 

секциями

каждая

 

из

 

которых

 

является

 

неза

-

висимым

 

источником

 

питания

.

В

 

Московском

 

регионе

 

приме

-

няется

 

схема

 

с

 

включением

 

рези

-

стора

 

сопротивлением

 12 

Ом

 (

ток

 

резистора

 

около

 1000 

А

в

 

ней

-

траль

 

обмотки

 20 

кВ

 

силового

 

трансформатора

 220(110)/20 

кВ

 

центра

 

питания

 (

рисунок

 7.1). 

Воз

-

можными

 

вариантами

 

являются

 

также

 

подключение

 

резисторов

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ 

СЕТИ 20 КВ

Табл

. 3. 

Результаты

 

расчетов

 

вероятностей

 

отказов

 

п

/

п

Уровень

P

P

 

при

 

одно

-

временном

 

отказе

 

двух

 

элементов

P

P

 

при

 

отказе

 

одного

 

элемента

 

при

 

плановом

 

простое

 

другого

P

P

результи

-

рующая

Ограни

-

чение

 

мощно

-

сти

, %

1

Трансформа

-

торных

 

под

-

станций

0,9·10

–6

4,1·10

–6

5,0·10

–6

10

2

Распредели

-

тельной

 

сети

40,0·10

–6

1,4·10

–6

41,4·10

–6

20–100

3

Питающей

 

сети

4,4·10

–6

32,0·10

–6

36,4·10

–6

100

4

Питающей

 

и

 

распредели

-

тельной

 

сетей

44,4·10

–6

33,4·10

–6

77,8·10

–6

20–100

5

Отношение

 

вероятностей

 

п

. 4 

к

 

п

. 1

49

8

16

к

 

нейтрали

 

выделенного

 

транс

-

форматора

 

заземления

 

нейтра

-

ли

 20/0,4 

кВ

  (

рисунок

 7.2), 

либо

 

фильтра

 

нулевой

 

последователь

-

ности

  (

рисунок

 7.3). 

Конкретная

 

схема

 

подключения

 

определяется

 

с

 

учетом

 

требуемой

 

мощности

 

ре

-

зистора

 

и

 

алгоритма

 

работы

 

ре

-

лейной

 

защиты

.

 

Расчеты

 

показали

что

 

при

 

КЗ

 

на

 

питающей

 

кабельной

 

линии

 

220 

кВ

в

 

сети

 20 

кВ

 

при

 

подклю

-

чении

 

резистора

 

по

 

схеме

  (

рису

-

нок

 7.1) 

возможны

 

перенапряже

-

ния

 

кратностью

 

до

 4,6 

фазного

 

напряжения

.

Подключение

 

резистора

 

к

 

ней

-

трали

 

через

 

трансформатор

 

за

-

земления

 

нейтрали

  (

рисунок

 7.2) 

разделяет

 

шины

 220 

и

 20 

кВ

 

по

 

нулевой

 

последовательности

 

и

 

пе

-

ренапряжения

 

в

 

сети

 20 

кВ

 

снижа

-

ются

 

примерно

 

на

 

четверть

 

и

 

не

 

превышают

 3,6 

фазного

 

напряже

-

ния

Это

 

важно

 

в

 

перспективе

 

при

 

естественном

 

старении

 

изоляции

 

оборудования

 

и

 

должно

 

учиты

-

ваться

 

при

 

дальнейшем

 

развитии

 

сети

 20 

кВ

.

Для

 

электроустановок

 

с

 

низко

-

омным

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

 

сопротивление

 

заземля

-

ющего

 

устройства

 

необходимо

 

вы

-

бирать

исходя

 

из

 

допустимых

 

зна

-

чений

 

напряжения

 

прикосновения

.

Так

при

 

токе

 

резистора

 1000 

А

 

и

 

стандартной

 

выдержке

 

времени

 

защиты

 

от

 

замыканий

 

на

 

землю

 

1,0 

с

сопротивление

 

заземляюще

-

го

 

устройства

 

должно

 

быть

 

менее

 

0,1 

Ом

Снижение

 

тока

 

резисто

-

ра

например

до

 400 

А

 

позволяет

 

снизить

 

требования

 

к

 

сопротивле

-

нию

 

заземляющих

 

устройств

 

до

 

0,2–1,1 

Ом

Это

 

принципиально

 

важно

так

 

как

 

в

 

условиях

 

мега

-

полиса

 

сложно

 

выполнить

 

сопро

-

тивление

 

заземляющих

 

устройств

 

даже

 

в

 

стандартные

 0,5 

Ом

  (

таб

-

лица

 4).

Желаемое

 

снижение

 

тока

 

ре

-

зистора

 

ограничивается

 

надежно

-

стью

 

работы

 

устройств

 

релейной

 

защиты

а

 

именно

коэффициент

 

Рис

. 7.3. 

Фильтр

 

нулевой

 

последователь

-

ности

 (

ФНП

со

 

схемой

 «

зигзаг

»

Рис

. 7.1. 

Нейтраль

 

об

-

мотки

 20 

кВ

 

силового

 

трансформатора

Рис

. 7.2. 

Трансформатор

 

заземления

 

нейтрали

 (

ТЗН

) 20/0,4 

кВ

 

мощностью

 

до

 1600 

кВ

·

А


Page 7
background image

79

Табл

. 4. 

Значения

 

допустимых

 

сопротивлений

 

заземляющих

 

устройств

в

 

электрической

 

сети

 20 

кВ

Время

 

отключения

 

замыкания

, c

до

 0,1

0,2

0,5

0,7

1,0

1,0–5,0

Допустимое

 

напряже

-

ние

 

прикосновения

В

500

400

200

130

100

70

Допустимое

 

сопротивление

 

заземляющего

 

устройства

Ом

I

R

 = 1000 

А

 

0,490

0,392

0,196

0,127

0,098

0,069

I

R

 = 800 

А

0,606

0,485

0,242

0,158

0,121

0,085

I

R

 = 600 

А

0,790

0,632

0,316

0,205

0,158

0,112

I

R

 = 400 

А

1,118

0,894

0,447

0,291

0,224

0,156

Табл

. 5. 

Расчетные

 

коэффициенты

 

чувствительности

Защита

 

от

 

ОЗЗ

Выбор

тока

 

сраба

-

тывания

Коэффициент

чувствительности

k

Ч

 = 

I

ОЗЗ

/

I

СР

 

 1,25

Ток

/

сопротив

-

ление

 

резисто

-

ра

А

/

Ом

Ненаправленная

 

то

-

ковая

 

защита

 

нулевой

 

последовательности

 

с

 

ФТНП

I

НБ

 = 

k

ОДН

I

КЗ

;

I

СР

 = 

k

Н

I

НБ

I

КЗ

 = 12 

кА

;

k

Ч

 = 0,29

÷

0,73

1000/12

То

 

же

но

 

с

 

отстройкой

 

по

 

времени

 

от

 

между

-

фазных

 

КЗ

I

НБ

 = 

k

ОДН

I

НАГР

;

I

СР

 = 

k

Н

I

НБ

I

R

 = 400

÷

1000 

А

;

k

Ч

 =6,7

÷

16,7

90/130

Ненаправленная

 

то

-

ковая

 

защита

 

нулевой

 

последовательности

 

с

 

ТТНП

I

СР

 = 

k

Н

k

БР

I

С

I

С

 = 68

÷

85 

А

;

k

Ч

 = 1,25

÷

1,50

230/50

чувствительности

 

должен

 

быть

 

не

 

менее

 1,25 (

таблица

 5).

Возможны

 

три

 

наиболее

 

про

-

стых

 

варианта

 

реализации

 

защит

 

от

 

замыканий

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 

20 

кВ

:

1. 

Ненаправленная

 

токовая

 

защи

-

та

 

нулевой

 

последовательно

-

сти

 

на

 

фазных

 

трансформато

-

рах

 

тока

 

с

 

отстройкой

 

от

 

токов

 

междуфазных

 

КЗ

В

 

этом

 

слу

-

чае

 

при

 

существующих

 

сопро

-

тивлениях

 

резисторов

 12 

Ом

тока

 

замыкания

 

на

 

землю

 

на

 

уровне

 1000 

А

 

явно

 

недоста

-

точно

 

для

 

обеспечения

 

требу

-

емого

 

коэффициента

 

чувстви

-

тельности

.

2. 

Учитывая

 

этот

 

фактор

произво

-

дится

 

отстройка

 

по

 

времени

 

от

 

междуфазных

 

КЗ

В

 

этом

 

слу

-

чае

 

отстройка

 

защит

 

может

 

вы

-

полняется

 

уже

 

от

 

нагрузочных

 

токов

При

 

этом

 

сопротивление

 

резисторов

 

может

 

быть

 

увели

-

чено

 

почти

 

в

 10 

раз

 

при

 

выдер

-

живании

 

требуемых

 

значений

 

коэффициента

 

чувствитель

-

ности

Однако

 

здесь

 

возникает

 

дополнительная

 

ступень

 

селек

-

тивности

 

по

 

времени

.

3. 

Также

 

ненаправленная

 

токовая

 

защита

 

нулевой

 

последова

-

тельности

 

может

 

быть

 

выпол

-

нена

 

с

 

использованием

 

отдель

-

ного

 

трансформатора

 

тока

 

нулевой

 

последовательности

В

 

данном

 

случае

отстройка

 

защит

 

производится

 

от

 

емкост

-

ных

 

токов

 

присоединений

 

без

 

дополнительных

 

ступеней

 

се

-

лективности

 

по

 

времени

Здесь

 

по

 

данному

 

критерию

 

сопротив

-

ления

 

резисторов

 

может

 

быть

 

увеличено

 

до

 50 

Ом

Это

 

показывает

 

возможность

 

значительно

 

более

 

гибкого

 

под

-

хода

 

к

 

обоснованию

 

и

 

выбору

 

па

-

раметров

 

и

 

схем

 

включения

 

ре

-

зисторов

 

заземления

 

нейтралей

 

в

 

исследуемой

 

сети

.

В

 

заключение

 

необходимо

 

от

-

метить

 

следующее

:

1. 

Обоснование

 

параметров

 

КЛ

 

20 

кВ

 

необходимо

 

проводить

 

с

 

учетом

 

фактических

 

условий

 

их

 

прокладки

 

в

 

мегаполисе

а

 

также

 

возможности

 

глубо

-

кой

 

унификации

 

сечений

 

жил

 

и

 

экранов

Исходя

 

из

 

системных

 

позиций

для

 

КЛ

 20 

кВ

 

целесо

-

образно

 

использовать

 

сечения

 

кабелей

: 630 

мм

2

  (

в

 

земле

и

 500 

мм

2

 (

в

 

воздухе

).

2. 

В

 

электрических

 

сетях

 20 

кВ

 

с

 

низкоомным

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

 

выбор

 

сечений

 

экранов

 

пофазно

-

экра

-

нированных

 

кабелей

 

следует

 

проводить

 

по

 

току

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

а

 

не

 

двух

-

местному

 

КЗ

Эксперименталь

-

но

 

установлено

что

 

в

 

электри

-

ческой

 

сети

 20 

кВ

 

однофазное

 

замыкание

 

на

 

землю

 

в

 

пофаз

-

но

-

экранированных

 

кабелях

уложенных

 

треугольником

 

вплотную

при

 

токе

 860 

А

 

и

 

дли

-

тельности

 

до

 1,5 

с

 

не

 

перехо

-

дит

 

в

 

многофазное

 

КЗ

То

 

есть

 

энергии

 

дуги

 

оказывается

 

недо

-

статочно

 

для

 

полного

 

прожига

 

рабочей

 

изоляции

  «

здоровых

» 

фаз

Это

 

принципиально

 

и

 

важ

-

но

 

с

 

позиций

 

снижения

 

стои

-

мости

 

кабельной

 

продукции

 

и

 

потерь

 

мощности

 

и

 

энергии

 

в

 

сетях

.

3. 

Анализ

 

надежности

 

системы

 

электроснабжения

 20 

кВ

 

круп

-

ного

 

объекта

 

показывает

 

вы

-

сокую

 

эффективность