78
Опыт эксплуатации
резистивного заземления
нейтрали сети 10 кВ
на ПС «Петродворец»
и экспериментальное
исследование токов
однофазного замыкания
на землю
УДК
621.3.053.2
Кучумов
Л
.
А
.,
к
.
т
.
н
.,
ЗАО
«
НПФ
«
ЭНЕРГОСОЮЗ
»
Кузнецов
А
.
А
.,
к
.
т
.
н
.,
ЗАО
«
НПФ
«
ЭНЕРГОСОЮЗ
»
Евдокунин
Г
.
А
.,
д
.
т
.
н
.,
профессор
СПбПУ
Титенков
С
.
С
.,
к
.
т
.
н
.,
генеральный
директор
ООО
«
ЕГЕ
-
Энерган
»
Назарычев
А
.
Н
.,
д
.
т
.
н
.,
профессор
,
ректор
ФГАОУ
ДПО
«
ПЭИПК
»
Милютин
С
.
И
.,
начальник
Петродворцового
района
филиала
ПАО
«
Ленэнерго
» —
«
Пригородные
электрические
сети
»
Червочков
Д
.
П
.,
инженер
,
ЗАО
«
НПФ
«
ЭНЕРГОСОЮЗ
»
Суходоев
С
.
П
.,
диспетчер
Петродворцового
района
филиала
ПАО
«
Ленэнерго
» —
«
Пригородные
электрические
сети
»
В
статье
обсуждаются
особенности
режимов
однофазных
за
-
мыканий
на
землю
в
сети
10
кВ
с
реализованным
низкоомным
заземлением
нейтрали
.
Сопоставляются
расчетные
и
экспери
-
ментально
полученные
данные
о
режимных
параметрах
в
опы
-
тах
металлического
замыкания
на
землю
,
проведенных
при
изолированной
и
резистивной
нейтрали
.
Ключевые
слова
:
изолированная
нейтраль
,
резистивно
заземленная
нейтраль
,
токи
однофазных
замыканий
на
землю
,
осциллографирование
процессов
Keywords:
isolated neutral, resistance earthed
neutral, single-phase earth fault currents,
oscillograph recording
В
опрос
о
целесообразности
различных
способов
за
-
земления
нейтрали
в
се
-
тях
6–35
кВ
в
последние
годы
продолжает
быть
актуальным
[1, 2, 3, 4, 5].
Обосновывается
воз
-
можность
отказа
от
эксплуатации
сетей
с
изолированной
нейтралью
.
Выдержал
проверку
временем
спо
-
соб
включения
в
нейтраль
автома
-
тически
управляемых
дугогасящих
реакторов
(
ДГР
),
минимизирующих
реактивные
токи
в
режимах
одно
-
фазных
замыканий
на
землю
(
ОЗЗ
)
и
способствующих
снижению
крат
-
ности
перенапряжений
.
Активно
развивается
в
электросетевом
комплексе
России
относительно
новое
направление
резистивного
заземления
нейтралей
,
также
обес
-
печивающее
эффект
уменьшения
перенапряжений
в
сети
и
допол
-
нительно
повышающее
селектив
-
ность
и
надежность
работы
релей
-
ных
защит
от
ОЗЗ
,
распознающих
поврежденное
присоединение
.
Однако
нельзя
утверждать
,
что
в
настоящее
время
имеются
четко
сформулированные
и
общепри
-
знанные
технические
решения
.
По
-
этому
по
-
прежнему
актуальна
про
-
блема
специфики
режимов
ОЗЗ
,
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
79
особенно
если
она
базируется
на
полученных
экспериментальных
данных
и
корректно
разрабо
-
танных
математических
моделях
электрических
сетей
.
Рассмотрим
решение
данной
проблемы
на
примере
анализа
опыта
эксплуатации
и
резуль
-
татов
осциллографирования
напряжений
и
токов
при
металлическом
ОЗЗ
в
сети
10
кВ
главной
по
-
низительной
подстанции
(
ГПП
)
ПС
-197 «
Петро
-
дво
рец
»
Петродворцового
района
«
Пригородных
электрических
сетей
»
ПАО
«
Ленэнерго
».
Опы
-
ты
с
ОЗЗ
проведены
при
изолированной
и
рези
-
стивно
заземленной
нейтрали
сети
в
2008
году
на
ПС
-197,
где
было
реализовано
низкоомное
резистивное
заземление
нейтрали
с
активным
током
однофазного
замыкания
на
землю
поряд
-
ка
400 A.
На
этой
подстанции
установлены
два
силовых
трансформатора
с
расщепленными
об
-
мотками
типа
ТРДН
-63000/110/10/6
номинальной
мощностью
63
МВА
,
которые
питают
через
сдво
-
енные
токоограничивающие
реакторы
четыре
секции
10
кВ
и
четыре
секции
6
к
B.
Причем
на
секциях
6
кВ
нейтраль
заземлена
через
дугога
-
сящие
реакторы
ZTC50 190
кВА
/6
кВ
,
а
на
секци
-
ях
10
кВ
нейтраль
заземлена
через
резисторы
NER 200 A/10
кВ
/5
сек
(
производитель
«E
ГЕ
-
Энерган
»,
г
.
Санкт
-
Петербург
).
Для
подтвержде
-
ния
правильности
принятого
технического
реше
-
ния
по
резистивному
заземлению
нейтрали
были
выполнены
экспе
-
риментальные
исследования
то
-
ков
ОЗЗ
на
секциях
10
кВ
ПС
-197
«
Петродворец
»
и
питаемой
сети
.
На
момент
проведения
опы
-
тов
была
создана
конфигурация
сети
,
показанная
на
рисунке
1.
Она
отличается
от
схемы
сети
,
принятой
в
нормальном
режиме
эксплуатации
.
Какие
-
либо
на
-
грузки
отсутствовали
.
Емкостная
составляющая
тока
ОЗЗ
в
этой
сети
обусловлена
преимуще
-
ственно
четырьмя
идентичными
по
исполнению
кабельными
ли
-
ниями
(
КЛ
)
Ф
1
÷
Ф
4
.
Длина
каждого
фидера
l
КЛ
=
6,4
км
.
По
фидеру
Ф
1
подается
питание
от
шин
1-
й
сек
-
ции
ГПП
на
шины
РП
.
Фидеры
Ф
3
и
Ф
4
подключены
ко
2-
й
сек
-
ции
ГПП
,
связанной
с
1-
й
сек
-
цией
через
сдвоенный
реактор
.
Фидер
Ф
2
подключен
к
шинам
РП
.
Каждый
из
фидеров
имеет
две
параллельно
проложенные
трехфазные
группы
однофазных
КЛ
со
СПЭ
-
изоляцией
при
сече
-
ниях
жилы
240
мм
2
(
алюминий
)
и
экрана
70
мм
2
(
медь
).
Экраны
КЛ
заземлены
с
двух
сторон
.
При
погонной
емкости
одиноч
-
ного
кабеля
C
0
* = 0,412
мкФ
/
км
расчетное
значение
тока
ОЗЗ
со
-
ставляет
:
Рис
. 1.
Схема
сети
10
кВ
на
момент
проведения
опытов
ОЗЗ
Сеть 110 кВ
Т
СР
ТН-1
ГПП
Фидер Ф
R
R
N
1 секция 10 кВ
Цифровой
осциллограф
«НЕВА-ИПЭ»
№1
2 секция 10 кВ
ТТНП
Цифровой
осциллограф
«НЕВА-ИПЭ»
№2
ТН-2
РП
ОЗЗ
экран КЛ
u
a
,
u
b
,
u
c
,
u
0
u
a
,
u
b
,
u
c
,
u
0
i
a
,
i
b
,
i
c
i
a
,
i
b
,
i
c
i
a
,
i
b
,
i
c
3
i
0 Ф
i
экр
3
i
0
R
i
ОЗЗ
R
N
Фаза «А»
Фид
ер Ф
2
Фидер Ф
3
Фидер Ф
R
Фидер Ф
4
3
i
0 Ф
3
i
0 Ф
ГПП
3
i
0 Ф
РП
Фидер Ф
1
(аварий
ный)
ФМЗО
ФМЗО
Ячейка
с ОЗЗ
1
1
3
4
2
N
1
N
1
N
2
1
I
ОЗЗ
= (
U
ЛИН
/
√
3) ·
·
C
0
=
= (10300
/
√
3) · 314 · 63,3 · 10
-6
= 118,3
А
,
где
при
определении
суммарной
емкости
трех
фаз
на
землю
C
0
=
C
0
* · 4 · 2 · 3 ·
l
КЛ
= 63,3
мкФ
учтено
наличие
четырех
идентичных
двухцепных
КЛ
.
По
результатам
опытов
емкостной
ток
ОЗЗ
при
изолированной
нейтрали
и
U
ЛИН
=
10,3
кВ
оказался
равным
128
А
(
больше
на
8%
расчетного
)
при
соб
-
ственном
токе
каждого
из
фидеров
3
Î
0
≅
32
А
.
Раз
-
личие
между
расчетным
и
реально
измеренным
емкостными
токами
вероятно
связано
с
неточным
учетом
длин
кабельных
линий
при
прокладке
или
неточностью
справочных
данных
по
емкости
кабе
-
ля
(
для
разных
производителей
).
Для
улучшения
условий
работы
при
ОЗЗ
про
-
стых
токовых
защит
нулевой
последовательности
(
НП
)
на
обеих
секциях
ГПП
постоянно
включены
присоединения
Ф
R
N
1
и
Ф
R
N
2
,
содержащие
транс
-
форматоры
вывода
нейтрали
и
установленные
в
эти
нейтрали
резисторы
с
активным
сопротив
-
лением
R
N
= 28,9
Ом
.
Это
позволяет
увеличить
полный
ток
металлического
ОЗЗ
до
значения
око
-
ло
200
А
при
задействовании
Ф
R
N
1
и
примерно
до
350
А
при
одновременном
нахождении
в
работе
фидеров
заземления
нейтрали
Ф
R
N
1
и
Ф
R
N
2
.
Расчет
-
№
6 (45) 2017
80
Рис
. 3.
Осциллограммы
металлического
ОЗЗ
при
изолированной
нейтрали
,
снятые
на
РП
(
а
)
и
ГПП
(
б
)
б
)
ГПП
а
)
РП
ная
длительность
нахождения
резисторов
под
то
-
ком
составляет
5
секунд
.
Реализованная
защита
гарантированно
прекращает
режим
ОЗЗ
за
время
t
≤
0,6
с
.
Фото
трансформатора
вывода
нейтрали
и
резистора
приведено
на
рисунке
2.
Опыты
металлического
замыкания
фазы
«
А
»
осу
-
ществлялись
с
использованием
ячейки
на
РП
.
С
по
-
мощью
двух
цифровых
осциллографов
при
частоте
оцифровки
10
кГц
велась
запись
мгновенных
значе
-
ний
фазных
напряжений
и
токов
3
i
0
(
t
)
всех
присоеди
-
нений
на
ГПП
и
РП
.
При
измерении
токов
НП
были
задействованы
штатные
трансформаторы
тока
нуле
-
вой
последовательности
(
ТТНП
)
типа
ТЗЛ
.
Дополни
-
тельно
с
помощью
однофазных
ТТ
осциллографиро
-
вались
фазные
токи
фидера
Ф
1
и
ток
,
протекающий
в
режиме
ОЗЗ
по
экрану
фидера
Ф
1
.
ОПЫТ
ОЗЗ
ПРИ
ИЗОЛИРОВАННОЙ
НЕЙТРАЛИ
Начальные
фрагменты
снятых
на
РП
и
ГПП
ос
-
циллограмм
режима
ОЗЗ
при
изолированной
ней
-
трали
показаны
на
рисунке
3.
Фазировки
токов
соответствуют
показанным
на
рисунке
1
обще
-
принятым
направлениям
стрелок
от
центра
пи
-
тания
к
нагрузкам
.
Напряжение
в
сети
во
время
проведения
опытов
поддерживалось
на
уровне
10,3
кВ
.
Данная
сеть
эксплуатируется
с
обрат
-
ным
чередованием
фаз
.
Замыкание
в
узле
РП
произошло
в
момент
,
когда
мгновенное
значение
напряжения
на
аварийной
фазе
«
А
»
составля
-
ло
0,5
U
Ф
m
.
В
момент
ОЗЗ
появляются
свободные
составляющие
токов
и
напряжений
:
быстро
за
-
тухающие
на
частотах
4÷6
кГц
(
их
интенсивность
заметно
ослабевает
в
удаленном
от
места
замы
-
кания
узле
ГПП
)
и
затухающие
примерно
за
20
мс
на
частоте
430
Гц
.
Первые
наибольшие
импуль
-
сы
тока
i
ОЗЗ
(
t
)
и
напряжения
u
0
(
t
)
являются
разно
-
полярными
,
этот
известный
факт
используется
многими
разработчиками
защит
для
быстрого
рас
-
познания
поврежденного
присоединения
.
Обработка
показанных
на
рисунке
3
напря
-
жений
и
токов
3
i
0
(
t
)
для
установившегося
режи
-
ма
ОЗЗ
дала
следующие
значения
:
U
Ф
=
5,95
кВ
;
U
ЛИН
=
10,3
кВ
;
I
ОЗЗ
= 3
I
0
ОЗЗ
= 128
А
; 3
I
0
РП
Ф
1
= 96
А
;
3
I
0
ГПП
Ф
1
= 64
А
; 3
I
0
Ф
2
≅
3
I
0
Ф
3
≅
3
I
0
Ф
4
= 32
А
.
При
ме
-
таллическом
ОЗЗ
ток
i
A
Ф
1
(
t
)
в
аварийном
фидере
Ф
1
практически
равен
току
i
ОЗЗ
(
t
).
Кратности
K
I
мак
-
симальных
значений
бросков
токов
3
i
0
(
t
)
по
отно
-
шению
к
амплитудам
установившегося
тока
соста
-
вили
:
K
I
ОЗЗ
≅
2,3;
K
I
РП
Ф
1
≅
3,7;
K
I
ГПП
Ф
1
≅
3,5;
K
I
РП
Ф
2
≅
7,6;
K
I
Ф
3
=
K
I
Ф
4
≅
3,2.
Представляет
интерес
сопоставление
измерен
-
ного
на
ГПП
тока
3
i
0
ГПП
Ф
1
(
t
)
в
жилах
аварийного
фи
-
дера
Ф
1
и
тока
3
i
экр
ГПП
Ф
1
(
t
)
в
экране
этого
фидера
.
Для
удобства
сравнения
направление
тока
экрана
на
ос
-
циллограмме
рисунка
3
перевернуто
и
принято
со
-
впадающим
с
током
3
i
0
ГПП
Ф
1
(
t
).
Видно
,
что
в
начальный
момент
замыкания
эти
токи
практически
совпадают
,
но
уже
спустя
20
мс
ток
в
экране
снижается
на
25%
(
часть
тока
НП
от
РП
к
центру
питания
ГПП
возвра
-
щается
не
по
экранам
аварийного
фидера
Ф
1
).
Рис
. 2.
Фото
одного
из
трансформаторов
вывода
нейтрали
типа
ФМЗО
-200
кВА
и
резистора
заземления
нейтрали
NER 200
А
/10
кВ
/5
с
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
81
Рис
. 5.
Осциллограммы
металлического
ОЗЗ
при
резистивно
заземленной
нейтрали
,
снятые
на
РП
(
а
)
и
ГПП
(
б
)
б
)
ГПП
а
)
РП
Узел ГПП
3
I
0 Ф
= 63 А
Г ПП
1
3
P
0 Ф
= 9 к Вт
Г ПП
1
3
Q
0 Ф
= –381 квар
Г ПП
1
3
I
0 Ф
= 94 А
РП
1
3
P
0 Ф
= 21 к Вт
РП
1
3
Q
0 Ф
= –571 к вар
РП
1
Фидер Ф
1
(аварийный)
3
I
0 Ф
= 31,5 А
2
3
P
0 Ф
= 4,5 к Вт
2
3
Q
0 Ф
= –191 квар
2
Фидер Ф
2
Ячейка
с ОЗЗ
3
I
0 Ф
= 31,5 А = 3
I
0 Ф
3
3
P
0 Ф
= 4,5 к Вт = 3
P
0 Ф
3
3
Q
0 Ф
= –191 к вар = 3
Q
0 Ф
3
Фидер Ф
3
Фидер Ф
4
4
4
4
Узел РП
I
0 ОЗЗ
= 126 А
P
0 ОЗЗ
= 25,5 к Вт
Q
0 ОЗЗ
= –7 62 к вар
Г
0
Рис
. 4.
Токи
и
мощности
нулевой
последовательности
в
режиме
металлическо
-
го
ОЗЗ
при
изолированной
нейтрали
сети
Токи
i
ОЗЗ
(
t
), 3
i
0
РП
Ф
1
(
t
)
и
3
i
0
ГПП
Ф
1
(
t
)
аварийного
при
-
соединения
Ф
1
отстают
от
напряжения
u
0
(
t
)
на
угол
,
несколько
больший
90°.
Это
свидетельствует
о
су
-
ществовании
в
этих
цепях
встречных
(
в
сторону
пи
-
тающей
сети
)
потоков
ем
-
костной
реактивной
3
Q
0
и
активной
3
P
0
мощностей
на
составляющих
токов
НП
,
идущих
на
покрытие
по
-
терь
,
создаваемых
токами
НП
преимущественно
в
ем
-
костно
-
активных
сопротив
-
лениях
изоляции
на
землю
.
Токи
3
i
0
(
t
)
неаварийных
при
-
соединений
Ф
2
,
Ф
3
и
Ф
4
опе
-
режают
напряжение
u
0
(
t
)
на
угол
,
немного
меньший
90°,
что
соответствует
протеканию
в
этих
цепях
в
сто
-
рону
земли
емкостно
-
активной
мощности
НП
.
Выполненные
оценки
симметричных
составля
-
ющих
напряжений
и
токов
для
установившегося
режима
ОЗЗ
в
узле
РП
позволили
получить
пока
-
занные
на
рисунке
4
токи
и
мощности
НП
в
местах
,
где
установлены
кабельные
ТТНП
.
Реактивная
мощность
емкостного
характера
имеет
знак
ми
-
нус
.
Направления
токов
в
присоединении
с
ОЗЗ
и
в
аварийном
фидере
Ф
1
,
связывающем
узлы
РП
и
ГПП
,
приняты
в
сторону
питающей
сети
.
В
присоединении
с
однофазной
закороткой
за
-
действован
своего
рода
«
генератор
»
НП
(
на
рисун
-
ке
показан
как
Г
0
)
с
вырабатываемой
мощностью
S
·
0
ОЗЗ
=
S
·
0
Г
= 25,5
кВт
–
j
762
квар
,
идущей
на
покрытие
потерь
в
емкостно
-
активных
со
-
противлениях
изоляции
на
землю
четырех
КЛ
в
дан
-
ной
сети
.
В
месте
возникновения
ОЗЗ
при
принятых
на
рисунке
4
направлениях
токов
соблюдается
ба
-
ланс
мощностей
S
·
1
ОЗЗ
=
S
·
0
ОЗЗ
+
S
·
2
ОЗЗ
.
(1)
Это
свидетельствует
о
преобразовании
под
-
водимой
от
энергосистемы
мощности
S
·
1
ОЗЗ
на
составляющих
напряжения
и
тока
прямой
после
-
довательности
в
потоки
мощности
нулевой
и
об
-
ратной
последовательностей
.
Мощность
S
·
2
ОЗЗ
соответствует
потерям
в
продольных
сопротивле
-
ниях
сети
от
возникающих
при
ОЗЗ
токов
обратной
последовательности
.
На
рисунке
4
она
не
указана
,
поскольку
имеет
величину
более
чем
на
2
порядка
меньшую
мощности
S
·
0
ОЗЗ
.
Признак
встречности
на
-
правлений
(
знаков
)
потоков
мощностей
3
P
0
и
3
Q
0
в
аварийном
и
неаварийных
присоединениях
ис
-
пользуется
в
направленных
защитах
от
ОЗЗ
.
Об
определении
поврежденного
присоединения
с
по
-
мощью
используемых
в
данной
сети
ненаправлен
-
ных
токовых
защит
с
рабочими
сигналами
«
модули
токов
3
I
0
»
говорится
ниже
.
ОПЫТ
ОЗЗ
ПРИ
ЗАЗЕМЛЕНИИ
НЕЙТРАЛИ
ЧЕРЕЗ
РЕЗИСТОР
На
рисунке
5
приведены
осциллограммы
процессов
металлического
ОЗЗ
при
включении
на
ГПП
фидера
Ф
R
N
1
,
создающего
условия
заземления
нейтрали
че
-
рез
низкоомный
резистор
R
N
1
≅
28,9
Ом
.
На
них
до
-
полнительно
к
переменным
,
показанным
на
рисун
-
ке
3,
отображен
ток
3
i
0
Ф
R
N
1
(
t
)
в
фидере
с
резистором
.
№
6 (45) 2017
82
Одинаковый
масштаб
осциллограмм
на
всех
рисун
-
ках
облегчает
их
сопоставление
.
Измеренное
действующее
значение
установив
-
шегося
тока
ОЗЗ
при
включении
резистора
в
ней
-
трали
сети
составило
193,5
А
,
что
в
1,5
раза
больше
собственного
емкостного
тока
сети
при
изолирован
-
ной
нейтрали
I
ОЗЗ
= 128
А
.
При
этом
активная
состав
-
ляющая
тока
равна
171
А
и
реактивная
90
А
.
Важно
отметить
,
что
полученное
на
практике
значение
тока
193,5
А
на
20%
меньше
по
сравнению
с
часто
выпол
-
няемыми
оценочными
расчетами
по
формуле
:
____________
________________
I
ОЗЗ
=
√
I
2
емк
+
I
2
акт
=
√
128
2
+ 206
2
= 242,5
А
,
где
емкостная
составляющая
равна
току
ОЗЗ
в
сети
с
изолированной
нейтралью
,
а
активная
со
-
ставляющая
U
Л
10300
I
акт
= — ·
R
N
1
= — · 28,9 = 206
А
√
3
√
3
соответствует
ожидаемому
току
резистора
.
Сниже
-
ние
тока
ОЗЗ
в
данном
случае
обусловлено
вклю
-
чением
резистора
в
нейтраль
маломощного
транс
-
форматора
вывода
нейтрали
типа
ФМЗО
-200 (
S
Тном
=
200
кВА
,
U
ном
= 11
кВ
,
u
k
= 4 %,
P
КЗ
= 2
кВт
),
имеюще
-
го
значительные
сопротивления
U
2
ном
11
2
· 10
9
r
Т
=
P
КЗ
· — = 2 · — = 6,05
Ом
;
S
2
ном
200
2
· 10
6
U
2
ном
11
2
· 10
6
x
Т
=
u
k
· — = 2 · — = 6,05
Ом
.
S
ном
200 · 10
3
В
результате
заземляющий
фидер
Ф
R
N
1
представ
-
ляет
собой
активно
-
индуктивное
заземление
ней
-
трали
с
индуктивным
сопротивлением
x
Ф
R
N
1
=
x
Т
/ 3 = 8,1
Ом
и
активным
сопротивлением
r
Ф
R
N
1
=
r
Т
/ 3 +
R
N
1
= 31
Ом
.
Это
индуктивное
сопротивление
трансформа
-
тора
вывода
нейтрали
создает
эффект
компенса
-
ции
части
емкостной
составляющей
тока
ОЗЗ
:
она
уменьшается
на
30%
по
сравнению
с
исходным
зна
-
чением
128
А
.
Влияние
ин
-
дуктивного
сопротивления
трансформатора
привело
к
уменьшению
на
17%
так
-
же
и
расчетного
значения
активной
составляющей
тока
ОЗЗ
.
Согласно
рисунку
5
в
мо
-
мент
замыкания
фазы
«
А
»
напряжение
было
близко
к
амплитудному
значению
.
Следствием
этого
являются
повышенная
интенсивность
свободных
колебаний
и
по
-
вышенные
броски
токов
нулевой
последовательно
-
сти
в
присоединениях
по
сравнению
с
подобными
проявлениями
на
рисун
-
ке
3.
Важно
подчеркнуть
,
что
резистор
,
включенный
в
нейтраль
сети
последовательно
с
индуктивным
со
-
противлением
маломощного
заземляющего
транс
-
форматора
,
практически
не
повлиял
на
частоты
,
амплитуды
и
время
затухания
свободных
составля
-
ющих
токов
и
напряжений
,
на
кратность
перенапря
-
жений
в
переходном
процессе
ОЗЗ
.
Это
согласуется
с
выводами
авторов
[4].
Установка
в
нейтрали
низкоомного
резисто
-
ра
принципиально
изменила
фазовый
сдвиг
0
между
напряжением
u
0
(
t
)
и
током
i
ОЗЗ
(
t
)
в
ветви
ОЗЗ
,
а
также
фазовый
сдвиг
между
u
0
(
t
)
и
током
3
i
0
Ф
1
(
t
)
в
«
аварийном
»
фидере
Ф
1
.
Ток
ОЗЗ
отстает
от
напряжения
примерно
на
угол
152º,
а
это
соот
-
ветствует
наличию
в
месте
ОЗЗ
«
генератора
»
НП
с
мощностью
S
·
0
Г
= 1090
кВт
–
j
446
квар
,
покрывающего
активно
-
реактивные
потери
в
сети
.
Распределение
по
резистивно
-
заземленной
сети
токов
и
мощностей
НП
представлено
на
рисунке
6.
Необходимое
для
работы
токовых
защит
увеличе
-
ние
токов
3
I
0
достигнуто
только
в
аварийном
фиде
-
ре
Ф
1
.
Токи
и
мощности
НП
неаварийных
фидеров
остались
на
тех
же
уровнях
,
что
на
рисунке
4
для
сети
с
изолированной
нейтралью
,
однако
покрытие
(
компенсация
)
емкостных
составляющих
3
Q
0
потерь
в
изоляции
здесь
идет
не
только
со
стороны
«
гене
-
ратора
»
НП
,
но
также
в
доле
~30%
и
от
имеющегося
в
фидере
Ф
R
N
1
индуктивного
сопротивления
нейтра
-
леобразующего
трансформатора
.
При
наличии
резистора
в
сети
образуется
контур
«
ячейка
с
ОЗЗ
—
аварийный
фидер
Ф
1
—
заземля
-
ющий
фидер
Ф
R
N
1
»,
по
которому
от
места
ОЗЗ
к
ре
-
зистору
R
N
1
кратковременно
(
доли
секунды
)
переда
-
ется
активная
мощность
3
P
0
,
соизмеримая
с
1
МВт
.
Это
создает
предпосылки
для
селективной
работы
так
называемых
«
ваттметровых
»
направленных
за
-
щит
,
имеющих
код
ANSI 32
и
ориентированных
на
измерение
и
сопоставление
протекающих
по
при
-
соединениям
потоков
активных
мощностей
НП
.
Но
Узел ГПП
3
I
0 Ф
= 181,5 А
Г ПП
1
3
P
0 Ф
= 1076 к Вт
Г ПП
1
3
Q
0 Ф
= –81 квар
Г ПП
1
3
I
0 Ф
= 187 А
РП
1
3
P
0 Ф
= 1086 к Вт
РП
1
3
Q
0 Ф
= –261 к вар
РП
1
Фидер Ф
1
(авари
й
ный)
3
I
0 Ф
= 31 А
2
3
P
0 Ф
= 4,3 к Вт
2
3
Q
0 Ф
= –185 к вар
2
Фидер Ф
2
Ячейка
с ОЗЗ
3
I
0Ф
= 30,5 А = 3
I
0 Ф
3
3
P
0Ф
= 4,3 к Вт = 3
P
0 Ф
3
3
Q
0Ф
= –182 к вар = 3
Q
0 Ф
3
Фиде
р Ф
3
Фидер Ф
4
4
4
4
Узел РП
I
0 ОЗЗ
= 197 А
P
0 ОЗЗ
= 1090 к Вт
Q
0 ОЗЗ
= –446 к вар
Фидер Ф
R
N
1
3
I
0 Ф
= 185 А
R
3
P
0 Ф
= 1067 к Вт
3
Q
0 Ф
= 284 к вар
N
1
R
N
1
R
N
1
Г
0
Рис
. 6.
Токи
и
мощности
нулевой
последовательности
в
режиме
металлического
ОЗЗ
при
резистивно
заземленной
нейтрали
сети
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
83
в
рассматриваемой
сети
полагалось
более
простым
и
надежным
решением
построение
ненаправленных
действующих
на
отключение
токовых
защит
от
ОЗЗ
с
рабочими
сигналами
«
модули
тока
3
I
0
»
частоты
50
Гц
.
Выполненные
измерения
и
расчеты
позволяют
высказать
определенные
замечания
в
отношении
такого
технического
решения
.
В
сетях
с
изолированной
нейтралью
активными
составляющими
токов
НП
можно
пренебречь
и
пола
-
гать
наличие
только
реактивных
токов
3
I
0
в
аварий
-
ном
и
неаварийных
присоединениях
.
Это
позволяет
применить
простые
алгоритмы
для
выбора
условий
срабатывания
защит
I
СР
.
З
.
.
При
возникновении
метал
-
лического
ОЗЗ
в
одном
из
присоединений
к
шинам
питания
,
уставку
I
СР
.
З
.
принято
[6]
выбрать
из
диапа
-
зона
(2).
3
I
0
защ
.
min
/
K
Ч
≥
I
СР
.
З
.
≥
K
отстр
· 3
Î
0
max
,
3
I
0
защ
.
min
=
I
ОЗЗ
– 3
Î
0
max
,
(2)
где
3
Î
0
max
—
емкостный
ток
НП
присоединения
с
наи
-
большим
вкладом
в
I
ОЗЗ
; 3
I
0
защ
.
min
—
минимальное
значение
тока
3
I
0
,
измеряемого
трансформатором
ТТНП
аварийного
присоединения
;
K
Ч
—
коэффици
-
ент
чувствительности
защиты
;
K
отстр
—
коэффициент
,
учитывающий
повышение
токов
3
I
0
неаварийных
присоединений
в
переходных
режимах
ОЗЗ
.
По
требованию
первого
неравенства
в
(2)
уставка
I
СР
.
З
.
должна
быть
в
K
Ч
раз
меньше
тока
3
I
0
защ
.
min
,
кото
-
рый
фиксируется
защитой
в
случае
ОЗЗ
в
присоеди
-
нении
с
наибольшим
собственным
током
3
Î
0
max
.
По
второму
неравенству
(2)
уставка
с
определенным
за
-
пасом
должна
превышать
токи
3
Î
0
в
каждом
из
непо
-
врежденных
присоединений
.
В
итоге
из
(2)
следует
,
что
организовать
селективную
работу
токовой
защи
-
ты
можно
только
при
долевых
вкладах
3
Î
0
отдельных
присоединений
в
токи
I
ОЗЗ
,
не
превышающих
I
ОЗЗ
3
Î
0
max
≤
—, (3)
1
+
K
Ч
·
K
отстр
что
при
обычно
принимаемых
коэффициентах
K
Ч
= 1,5
и
K
отстр
= 1,8
дает
не
всегда
выполнимые
усло
вия
3
Î
0
max
≤
0,27 ·
I
ОЗЗ
.
В
рассматриваемой
сети
в
случае
изоли
-
рованной
нейтрали
и
токе
I
ОЗЗ
= 128
А
усло
-
вия
(2)
и
(3)
явно
не
удовлетворяются
в
узле
ГПП
,
где
ток
фидера
Ф
1
3
Î
0
max
≅
64
А
и
составля
-
ет
50%
от
I
ОЗЗ
,
а
эти
же
условия
в
узле
РП
при
3
Î
0
max
≅
0,25 ·
I
ОЗЗ
= 32
А
находятся
на
грани
до
-
пустимых
.
Положение
должно
усугубляться
в
ре
-
монтных
режимах
,
когда
сокращается
число
присоединений
,
а
также
в
случаях
однофазных
замыканий
через
переходное
сопротивление
.
По
-
этому
в
данной
сети
было
предусмотрено
увеличе
-
ние
тока
ОЗЗ
за
счет
заземления
нейтрали
через
низкоомные
резисторы
,
включенные
в
нейтрали
трансформаторов
на
фидерах
Ф
R
N
1
и
Ф
R
N
2
.
Для
слу
-
чая
резистивно
заземленной
нейтрали
получить
выражения
аналогичные
(2)
и
(3)
затруднительно
в
связи
с
появлением
больших
угловых
сдвигов
векторов
тока
I
·
ОЗЗ
и
Î
·
0
max
,
а
также
из
-
за
показанного
выше
влияния
на
результаты
индуктивного
сопро
-
тивления
заземляющих
трансформаторов
.
Поэто
-
му
обратимся
к
результатам
измерений
и
расчетов
с
использованием
математической
модели
.
Применение
в
нейтрали
одного
резистора
(
фи
-
дер
Ф
R
N
1
)
согласно
данным
опыта
привело
к
уве
-
личению
тока
I
ОЗЗ
в
1,5
раза
до
значения
193,5
А
.
Этого
вполне
достаточно
для
надежной
работы
защит
,
определяющих
аварийное
присоединение
в
узле
РП
.
Но
для
выполнения
требований
по
чув
-
ствительности
действующих
на
отключение
защит
в
узле
ГПП
,
где
имеются
присоединения
с
собствен
-
ным
током
3
Î
0
,
близким
к
50%
от
емкостного
тока
ОЗЗ
,
было
признано
правильным
использовать
в
рабочем
режиме
по
одному
резистору
на
каж
-
дой
секции
шин
ГПП
,
несмотря
на
то
,
что
смежные
секции
связаны
между
собой
сдвоенным
токоогра
-
ничивающим
реактором
с
незначительным
сопро
-
тивлением
для
токов
НП
,
доведя
ток
ОЗЗ
до
значе
-
ния
I
ОЗЗ
= 360
А
,
превышающего
значение
тока
ОЗЗ
при
изолированной
нейтрали
в
360/128
≅
2,8
раза
.
Это
решение
согласуется
с
мнением
многих
спе
-
циалистов
о
необходимости
иметь
активную
со
-
ставляющую
тока
ОЗЗ
,
в
2÷4
раза
превышающую
собственный
емкостной
ток
ОЗЗ
для
обеспечения
устойчивого
горения
дуги
в
месте
замыкания
[2, 7].
Итак
,
резистивное
заземление
нейтрали
приво
-
дит
к
появлению
в
сети
кратковременных
токов
НП
величиной
до
сотен
ампер
.
Однако
это
не
является
недостатком
такого
технического
решения
,
так
как
эти
токи
автоматически
отключаются
за
время
до
1
секунды
,
что
не
снижает
уровень
безопасности
эксплуатации
за
счет
больших
термических
тепло
-
выделений
в
месте
замыкания
.
При
этом
следует
помнить
,
что
междуфазные
КЗ
создают
в
сети
токи
величиной
в
единицы
-
десятки
килоампер
,
и
обо
-
рудование
(
ВЛ
,
КЛ
,
ячейки
)
такие
воздействия
при
сопоставимом
времени
отключения
выдерживает
.
Быстрое
отключение
ОЗЗ
в
сети
с
резистивным
заземлением
нейтрали
практически
исключает
ве
-
роятность
перехода
ОЗЗ
в
междуфазные
КЗ
,
а
при
использовании
однофазных
кабелей
с
изоляцией
из
СПЭ
всегда
(
некоторая
вероятность
перехода
ОЗЗ
в
многофазное
КЗ
остается
только
при
ОЗЗ
на
секциях
шин
ПС
,
РП
и
ТП
).
Отметим
однако
,
что
нежелательно
за
счет
низкоомных
резисто
-
ров
создавать
повышенные
токи
ОЗЗ
в
воздушных
и
воздушно
-
кабельных
сетях
,
так
как
в
этих
сетях
применение
дугогасящих
реакторов
более
оправ
-
данно
по
причине
возможного
устранения
ими
ОЗЗ
,
вызванных
перекрытием
воздушной
изоля
-
ции
на
ВЛ
[3, 8].
Каждый
режим
нейтрали
(
заземление
через
ДГР
или
резистор
)
требует
своего
подхода
к
организации
РЗ
от
ОЗЗ
.
Востребованными
могут
быть
как
про
-
стые
токовые
защиты
от
замыканий
на
землю
,
так
и
направленные
защиты
(
по
направлению
активной
составляющей
тока
замыкания
на
землю
,
по
на
-
правлению
активной
мощности
нулевой
последова
-
тельности
).
Возможно
также
применение
защит
на
основе
анализа
параметров
переходного
режима
в
момент
возникновения
замыкания
на
землю
.
№
6 (45) 2017
84
В
любом
случае
при
выборе
режима
заземле
-
ния
нейтрали
в
сети
следует
отказаться
от
при
-
менения
чисто
изолированной
нейтрали
и
выбор
делать
между
применением
резистивного
зазем
-
ления
нейтрали
и
заземления
нейтрали
через
дугогасящий
реактор
.
В
последнем
случае
пред
-
почтительно
использовать
дугогасящие
реакто
-
ры
с
шунтирующим
низковольным
резистором
на
вспомогательной
обмотке
500
В
реактора
[3].
На
настоящий
момент
опыт
эксплуатации
низко
-
омного
резистивного
заземления
нейтрали
на
ПС
197
«
Петродворец
»
и
резисторов
NER 200
А
/10
кВ
/5
со
-
ставляет
9
лет
.
За
этот
срок
было
зафиксировано
12
однофазных
повреждений
изоляции
,
в
том
чис
-
ле
8
механических
повреждений
при
производстве
земляных
работ
и
резистивное
заземление
нейтра
-
ли
показало
себя
с
наилучшей
стороны
.
Сеть
10
кВ
ПС
-197 «
Петродворец
»
эксплуатируется
с
высокой
надежностью
,
ОЗЗ
отключаются
средствами
РЗ
и
ни
разу
не
привели
к
развитию
аварий
с
переходом
в
двойные
и
многоместные
повреждения
изоляции
.
Повреждения
трансформаторов
напряжения
,
свя
-
занные
с
ОЗЗ
,
отсутствуют
.
Какого
-
либо
негативно
-
го
влияния
на
надежность
эксплуатации
сетей
10
кВ
и
объем
разрушения
оборудования
в
месте
повреж
-
дения
в
связи
с
применением
низкоомного
резистив
-
ного
заземления
нейтрали
не
выявлено
.
ВЫВОДЫ
1.
Результаты
всесторонне
проведенного
анализа
осциллограмм
напряжений
и
токов
в
опытах
ме
-
таллического
ОЗЗ
в
сети
10
кВ
при
изолированной
и
резистивно
заземленной
нейтрали
являются
по
-
лезными
специалистам
в
связи
с
намечающейся
тенденцией
эксплуатации
сетей
6–35
кВ
с
зазем
-
ленными
через
резистор
нейтралями
.
2.
При
использовании
для
подключения
резисторов
маломощных
нейтралеобразующих
трансформа
-
торов
следует
учитывать
влияние
их
индуктив
-
ного
сопротивления
на
реактивную
и
активную
составляющие
тока
ОЗЗ
,
приводящее
к
уменьше
-
нию
модуля
этого
тока
(
для
обсуждаемого
опыта
в
пределах
до
30%).
3.
Техническое
решение
о
применении
низкоомно
-
го
резистивного
заземления
нейтрали
создает
благоприятные
режимы
эксплуатации
в
кабель
-
ных
сетях
с
точки
зрения
ограничения
пере
-
напряжений
при
однофазных
замыканиях
на
землю
и
организации
селективной
релейной
защиты
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Миронов
И
.
А
.
Режимы
заземления
нейтрали
в
электрических
сетях
6–35
кВ
//
Электрические
станции
,
2008,
№
4.
С
. 60–69.
2.
Евдокунин
Г
.
А
.,
Титенков
С
.
С
.
Ре
-
зистивное
заземление
нейтрали
сетей
6–10
кВ
.
СПб
:
Изд
-
во
«
Тер
-
ция
», 2009. 264
с
.
3.
Назарычев
А
.
Н
.,
Титенков
С
.
С
.,
Пугачев
А
.
А
.
Комплексные
инно
-
вационные
решения
по
заземле
-
нию
нейтралей
в
сетях
6–35
кВ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2016,
№
3(36).
С
. 82–88.
4.
Назарычев
А
.
Н
.,
Пугачев
А
.
А
.,
Ти
-
тенков
С
.
С
.
Комбинированное
за
-
земление
нейтрали
в
сетях
6–35
кВ
.
Мифы
и
реальность
//
Ч
. 1.
Новости
ЭлектроТехники
, 2016,
№
3(99),
С
. 2–5;
Ч
. 2.
Новости
ЭлектроТехни
-
ки
,
№
6(102). URL: http://www.news.
elteh.ru/arh/2016/102/04.php.
5.
Ширковец
А
.
И
.
и
др
.
Комбиниро
-
ванное
заземление
нейтрали
:
фак
-
тор
повышения
эксплуатационной
надежности
сетей
6–35
В
//
Новости
ЭлектроТехники
, 2016,
№
5(101).
URL: http://www.news.elteh.ru/arh/
2016/101/03.php;
Новос
ти
Электро
-
Техники
, 2016,
№
6(102). URL:
http://news.elteh.ru/arh/2016/102/03.
php.
6.
Шалин
А
.
И
.
Замыкания
на
зем
-
лю
в
сетях
6–35
кВ
:
достоинства
и
недостатки
различных
защит
//
Новос
ти
ЭлектроТехники
, 2005,
№
3(33). URL: http://www.news.
elteh.ru/arh/2005/33/13.php.
7.
Горюнов
В
.
А
.,
Ширковец
А
.
И
.,
Пе
-
тров
В
.
С
.
Способы
повышения
эф
-
фективности
современных
защит
от
замыканий
на
землю
//
Релей
-
ная
защита
и
автоматизация
, 2011,
№
2.
С
. 30–35.
8.
Назаров
В
.
В
.
Нейтраль
распреде
-
лительных
сетей
.
Какое
заземле
-
ние
необходимо
? //
Новости
Элек
-
троТехники
, 2013,
№
5(83). URL:
http://www.news.elteh.ru/arh/2013/
83/07.php.
REFERENCES
1.
Mironov I.A. Neutral grounding
modes in 6-35 kV electrical networks.
Elektricheskie stantsii
[Power Plants],
2008, no.4. pp. 60-69. (in Russian)
2. Evdokunin G.A., Titenkov S.S.
Rezis-
tivnoe zazemlenie neytrali setey
6–10 kV
[Resistive neutral grounding
in 10 kV electrical networks]. St. Pe-
tersburg, Tertsiya Publ., 2009. 264 p.
3. Nazarychev A.N., Titenkov S.S., Pu-
ga chev A.A. Integrated innovative
solutions for neutral grounding in
6-35 kV electrical networks.
ELEK-
TROENERGIYa: peredacha i raspre-
delenie
[ELECTRIC POWER: Trans-
mission and Distribution], 2016, no.
3(36), pp. 82-88. (in Russian)
4.
Kombinirovannoe zazemlenie ney-
trali v setyakh 6–35 kV. Mify i real-
nost
(Combined neutral grounding
in 6-35 kV electrical networks. Myths
and reality) Available at: http://www.
news.elteh.ru/arh/2016/102/04.php
(accessed 21 November 2017)
5.
Kombinirovannoe zazemlenie ney-
trali: faktor povysheniya ekspluatat-
sionnoy nadezhnosti setey 6–35 kV
(Combined neutral grounding. Fac-
tor of operational reliability enhance-
ment in 6-35 kV electrical networks)
Available at: http://www.news.elteh.
ru/arh/2016/101/03.php and http://
news.elteh.ru/arh/2016/102/03.php
(accessed 21 November 2017)
6.
Zamykaniya na zemlyu v setyakh
6–35 kV: dostoinstva i nedostatki
razlichnykh zashchit
(Earth-faults in
6-35 kV electrical networks. Advan-
tages and disadvantages of relay
protection) Available at: http://www.
news.elteh.ru/arh/2005/33/13.php
(accessed 21 November 2017)
7. Goryunov V.A., Shirkovets A.I.,
Petrov V.S. Methods for improving
the effectiveness of modern earth-
fault protection.
Releynaya zashchita
i avtomatizatsiya
[Relay protection
and automation], 2011, no. 2, pp. 30-
35. (in Russian)
8.
Neytral raspredelitelnykh setey. Ka-
koe zazemlenie neobkhodimo?
(Neu-
tral of distribution networks. What kind
of grounding is necessary?) Avail-
able at: http://www.news.elteh.ru/
arh/2013/83/07.php (accessed 21 No-
vember 2017)
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Оригинал статьи: Опыт эксплуатации резистивного заземления нейтрали сети 10 кВ на ПС «Петродворец» и экспериментальное исследование токов однофазного замыкания на землю
В статье обсуждаются особенности режимов однофазных замыканий на землю в сети 10 кВ с реализованным низкоомным заземлением нейтрали. Сопоставляются расчетные и экспериментально полученные данные о режимных параметрах в опытах металлического замыкания на землю, проведенных при изолированной и резистивной нейтрали.
