76
СЕТИ
РОССИИ
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
Заземление нейтрали
в кабельных сетях
6–35 кВ
Михаил ДМИТРИЕВ, к.т.н., доцент
Санкт-Петербургского политехнического университета
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее
исчерпывающие
ис
-
следования
электромагнитных
про
-
цессов
в
сетях
среднего
напряже
-
ния
6–35
кВ
приведены
в
известной
книге
[1].
Ее
авторы
в
простой
и
по
-
нятной
форме
описывают
процессы
при
замыканиях
на
землю
,
при
ком
-
мутации
включения
или
отключе
-
ния
различного
оборудования
сети
.
Каждый
случай
снабжен
расчетны
-
ми
осциллограммами
процессов
,
имеет
ссылки
на
опыт
эксплуатации
и
на
исследования
других
ученых
.
Несмотря
на
публикацию
столь
об
-
стоятельного
труда
,
можно
только
приветствовать
появление
новых
работ
,
и
особую
ценность
,
конечно
же
,
имеют
натурные
эксперименты
.
Приведенные
ниже
рассуждения
позволят
лучше
понять
некоторые
проблемы
,
имеющиеся
в
настоя
-
щее
время
в
сетях
6–35
кВ
.
ПОЧЕМУ
СЕЙЧАС
?
В
сетях
среднего
напряжения
су
-
ществует
большое
число
способов
заземления
нейтрали
,
которые
так
или
иначе
применяются
в
разных
странах
:
–
изолированная
нейтраль
;
–
заземление
через
реактор
(
ком
-
пенсированная
нейтраль
);
–
заземление
через
резистор
;
–
комбинированное
заземление
через
реактор
и
резистор
;
–
глухое
заземление
нейтрали
.
Выбор
оптимального
способа
—
непростой
вопрос
,
который
следует
решать
с
учетом
многих
факторов
,
среди
которых
:
–
безопасность
сети
при
возникно
-
вении
повреждений
;
–
надежность
электроснабжения
потребителей
;
–
селективность
работы
релейной
защиты
;
–
требования
к
изоляции
оборудо
-
вания
относительно
земли
;
–
требования
к
отключающей
спо
-
собности
выключателей
,
а
также
к
термической
и
динамической
стойкости
оборудования
сети
(
трансформаторов
,
кабелей
).
Важную
роль
при
выборе
спо
-
соба
заземления
нейтрали
играет
и
возможность
создания
контуров
с
малым
сопротивлением
заземле
-
ния
,
и
доминирующий
в
сети
тип
ли
-
ний
электропередачи
(
воздушные
или
кабельные
).
Анализ
всех
перечисленных
факторов
привел
к
тому
,
что
в
свое
время
в
СССР
в
сетях
среднего
на
-
пряжения
6–35
кВ
было
принято
решение
отдать
предпочтение
изо
-
лированной
нейтрали
или
ее
зазем
-
лению
через
реактор
.
В
настоящее
же
время
обстоятельства
отчасти
изменились
.
По
мере
развития
техники
и
тех
-
нологий
неизбежно
происходит
смена
состава
оборудования
элек
-
трических
сетей
,
и
каждая
такая
«
революция
»
вновь
порождает
спо
-
ры
о
том
,
насколько
оптимальны
применяемые
способы
заземления
нейтрали
.
За
последние
20–30
лет
По
материалам
II
Всероссийской
конференции
«
ТЕХНИКО
-
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
РАЗВИТИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЕЙ
20
кВ
»
77
в
нашей
стране
наиболее
острое
недовольство
изолированной
(
компенсированной
)
нейтралью
высказывалось
уже
дважды
.
Первый
раз
—
после
прихода
в
сети
ограничителей
перенапряжений
нелинейных
(
ОПН
),
а
второй
раз
—
в
связи
с
появ
-
лением
однофазных
кабелей
с
изоляцией
из
сши
-
того
полиэтилена
.
ОПН
.
Массовая
установка
ОПН
в
сети
6–35
кВ
с
изолированной
(
компенсированной
)
нейтралью
сопровождалась
их
повреждениями
.
Нередко
они
происходили
в
режиме
однофазного
замыкания
на
землю
при
наличии
дуговых
и
/
или
ферроре
-
зонансных
перенапряжений
,
вызывающих
много
-
кратное
срабатывание
ОПН
за
короткое
время
,
недостаточное
для
остывания
нелинейных
эле
-
ментов
.
До
внедрения
ОПН
защита
оборудования
от
грозовых
(
и
коммутационных
)
перенапряжений
была
организована
с
помощью
вентильных
раз
-
рядников
(
РВ
),
имеющих
искровой
промежуток
,
срабатывавший
только
лишь
от
перенапряжений
большой
величины
(
грозовых
в
первую
очередь
).
Это
позволяло
избежать
токов
в
нелинейных
эле
-
ментах
РВ
как
в
нормальном
режиме
,
так
и
в
усло
-
виях
существования
дуговых
и
феррорезонансных
процессов
,
обеспечивая
тем
самым
безаварийную
эксплуатацию
разрядников
.
Когда
появились
ОПН
,
не
имеющие
в
отличие
от
разрядников
искровых
промежутков
,
стало
ясно
,
что
дуговые
и
ферроре
-
зонансные
процессы
в
сети
уже
нельзя
оставлять
без
внимания
,
ими
надо
заниматься
.
Защитить
и
ОПН
,
и
другое
оборудование
сети
,
изоляция
ко
-
торого
подвергалась
нежелательным
воздействи
-
ям
,
можно
было
бы
за
счет
устранения
главной
причины
повреждений
—
длительного
существо
-
вания
в
сети
однофазного
замыкания
на
землю
,
то
есть
за
счет
оптимизации
работы
защит
и
способа
заземления
нейтрали
.
Однако
проще
и
дешевле
оказалось
«
латать
дыры
»,
то
есть
внести
коррек
-
тировку
в
методику
выбора
характеристик
ОПН
,
после
чего
стали
применять
ОПН
с
завышенным
на
10–20%
наибольшим
рабочим
напряжением
,
уве
-
личив
тем
самым
надежность
ОПН
,
но
ухудшив
за
-
щиту
изоляции
оборудования
от
грозовых
(
и
ком
-
мутационных
)
перенапряжений
.
Кабели
.
В
последние
годы
массовая
прокладка
в
сетях
линий
с
однофазными
кабелями
обнару
-
жила
проблему
наведенных
в
медных
экранах
то
-
ков
и
вызванных
ими
потерь
мощности
.
В
[2]
было
показано
,
что
,
как
правило
,
эта
проблема
может
быть
решена
за
счет
применения
однофазных
кабелей
с
малым
сечением
экрана
и
прокладкой
фаз
вплотную
друг
к
другу
сомкнутым
треугольни
-
ком
.
К
сожалению
,
выбирать
малое
сечение
экра
-
нов
в
сетях
с
изолированной
(
компенсированной
)
нейтралью
никак
не
получается
.
Дело
в
том
,
что
характерное
для
этих
сетей
длительное
существо
-
вание
режима
однофазного
замыкания
на
землю
нередко
приводит
к
появлению
в
другом
месте
сети
второго
повреждения
,
образованию
контура
с
малым
сопротивлением
,
в
котором
протекает
ток
так
называемого
двойного
короткого
замыкания
,
близкий
по
величине
току
трехфазного
короткого
замыкания
сети
и
поэтому
опасный
с
точки
зре
-
ния
перегрева
экранов
малого
сечения
,
причем
на
протяженном
участке
трассы
.
Из
-
за
этого
сече
-
ние
медных
экранов
однофазных
кабелей
в
сетях
с
изолированной
(
компенсированной
)
нейтралью
приходится
завышать
,
что
в
нормальном
режи
-
ме
работы
сети
приводит
к
существенному
росту
наведенных
токов
и
потерь
мощности
в
экранах
,
порождает
необходимость
применять
в
сетях
не
-
удобные
в
эксплуатации
одностороннее
заземле
-
ние
экранов
или
транспозицию
.
Избежать
внедре
-
ния
данных
схем
удалось
бы
за
счет
исключения
длительного
существования
режима
замыкания
на
землю
,
то
есть
за
счет
оптимизации
работы
защит
и
способа
заземления
нейтрали
.
РЕЖИМ
ЗАМЫКАНИЯ
НА
ЗЕМЛЮ
ОПН
и
однофазные
кабели
—
это
современ
-
ное
оборудование
с
замечательными
свойствами
,
а
проблемы
,
которые
возникают
в
сетях
,
связа
-
ны
не
с
недостатками
ОПН
или
кабелей
,
а
скорее
с
не
очень
подходящей
для
них
работой
защит
и
не
самым
оптимальным
способом
заземления
нейтрали
.
Длительное
существование
в
сети
однофазно
-
го
замыкания
на
землю
зачастую
связывают
с
тем
,
что
потребитель
,
включенный
на
линейные
напря
-
жения
сети
,
не
чувствует
возникшее
в
сети
одно
-
фазное
повреждение
и
продолжает
нормальную
работу
.
В
таких
условиях
оперативное
автомати
-
зированное
отключение
линии
,
на
которой
выяв
-
лено
замыкание
,
не
оставит
времени
на
подготов
-
ку
потребителя
к
его
переводу
на
другие
источники
или
полному
отключению
.
Также
иногда
говорят
,
что
с
отключением
замыкания
не
следует
спешить
в
надежде
на
его
самоустранение
.
Указанные
рассуждения
применимы
,
прежде
всего
,
для
слабо
развитых
систем
электроснаб
-
жения
,
где
потребитель
получает
питание
лишь
от
одной
линии
,
причем
воздушной
.
В
современных
же
сетях
,
особенно
городских
,
линии
имеют
двух
-
цепное
исполнение
и
преимущественно
кабель
-
ные
.
Это
означает
,
что
нет
причин
держать
в
сети
однофазное
замыкание
,
ведь
если
одна
из
линий
будет
отключена
,
потребитель
вряд
ли
потеряет
питание
,
также
не
стоит
надеяться
и
на
самоустра
-
нение
аварии
.
Как
видно
,
бесполезно
долгое
время
держать
в
сети
однофазное
замыкание
на
землю
,
и
,
более
того
,
наличие
такого
замыкания
даже
вредно
обо
-
рудованию
,
ведь
на
изоляции
неповрежденных
фаз
всей
электрически
связанной
сети
напря
-
жение
50
Гц
повышается
с
нормального
фазного
до
линейного
,
а
также
могут
возникать
дуговые
и
феррорезонансные
перенапряжения
значитель
-
ного
уровня
.
Понимая
,
что
в
случае
возникновения
замыкания
на
землю
целесообразно
его
оператив
-
ное
отключение
,
следует
признаться
,
что
в
сетях
с
изолированной
(
компенсированной
)
найтралью
до
сих
пор
пока
нет
устройств
релейной
защиты
,
позволяющих
искать
замыкание
и
отключать
его
с
достаточной
селективностью
.
№
5 (38) 2016
78
СЕТИ РОССИИ
Да
,
ряд
фирм
рапортует
о
наличии
у
них
тер
-
миналов
,
способных
селективно
выявлять
место
замыкания
в
сети
с
изолированной
(
компенсиро
-
ванной
)
нейтралью
.
Однако
опыт
эксплуатации
всех
подобных
устройств
указывает
на
высокий
процент
ошибок
в
поиске
места
аварии
и
неспо
-
собность
полностью
решать
возложенные
на
них
задачи
.
Причины
негативного
опыта
работы
термина
-
лов
,
по
всей
видимости
,
связаны
с
тем
,
что
ис
-
пользуемые
в
них
алгоритмы
дают
сбои
,
если
по
-
вреждение
изоляции
в
сети
имеет
не
устойчивый
«
металлический
»
характер
,
а
носит
дуговой
харак
-
тер
.
Так
или
иначе
,
но
для
оперативного
поиска
и
отключения
замыкания
на
землю
в
сети
6–35
кВ
надо
рассматривать
другие
способы
,
и
самым
из
-
вестным
среди
них
является
переход
от
изоли
-
рованной
(
компенсированной
)
нейтрали
к
резис
-
тивной
.
Действительно
в
стране
все
больше
объектов
,
где
использовано
заземление
нейтрали
через
ре
-
зистор
различного
сопротивления
.
Это
и
сети
соб
-
ственных
нужд
электрических
станций
,
имеющие
много
кабелей
6–10
кВ
,
и
сети
генераторного
на
-
пряжения
,
и
некоторые
городские
кабельные
сети
.
К
сожалению
,
достаточно
сложно
сменить
способ
заземления
нейтрали
в
уже
эксплуатируемой
сети
,
и
такой
фактор
не
позволяет
перейти
к
массово
-
му
внедрению
резисторов
.
Однако
в
новых
ка
-
бельных
сетях
6–35
кВ
применение
резисторов
весьма
привлекательно
,
и
одним
из
примеров
яв
-
ляется
сеть
20
кВ
,
которую
построили
и
развива
-
ют
в
Москве
.
Появление
класса
20
кВ
позволило
,
во
-
первых
,
оптимизировать
работу
сети
в
усло
-
виях
высоких
плотностей
нагрузок
(6–10
кВ
уже
не
справляется
),
а
во
-
вторых
оказалось
удобным
поводом
внедрить
резисторы
,
преимущества
ко
-
торых
для
однофазных
кабелей
уже
не
вызывают
сомнения
.
Дадим
ряд
пояснений
относительно
процессов
при
замыкании
на
землю
в
сети
6–35
кВ
с
различны
-
ми
способами
заземления
нейтрали
.
ИЗОЛИРОВАННАЯ
НЕЙТРАЛЬ
На
рисунке
1
а
показаны
сборные
шины
6–35
кВ
сети
с
изолированной
нейтралью
и
,
в
качестве
при
-
мера
,
две
кабельные
линии
(
КЛ
) —
одна
из
них
име
-
ет
повреждение
на
землю
фазы
«
А
» (
КЛ
1),
а
другая
является
неповрежденной
(
КЛ
2).
Стрелками
по
-
казаны
пути
,
по
которым
проходит
ток
замыкания
и
его
составляющие
.
Видно
,
что
ток
однофазного
замыкания
на
землю
(
ОЗЗ
)
через
место
поврежде
-
ния
уходит
в
землю
,
а
далее
возвращается
в
сеть
уже
через
емкости
«
фаза
-
земля
»
фаз
«
В
»
и
«
С
»
всех
кабельных
линий
сети
,
поврежденной
и
непо
-
врежденных
.
А
В
С
КЛ1
3
I
0
КЛ1
КЛ2
3
I
0
КЛ2
N
a)
А
В
С
КЛ1
3
I
0
КЛ1
КЛ2
3
I
0
КЛ2
R
N
б)
ТТНП
ТТНП
I
R
U
N
Рис
. 1.
Однофазное
замыкание
в
сети
6–35
кВ
:
нейтраль
изолирована
(
а
),
нейтраль
заземлена
(
б
)
79
Можно
показать
,
что
ток
ОЗЗ
определяется
выра
-
жением
I
ОЗЗ
= 3 ·
U
Ф
· ·
C
СУМ
=
√
3 ·
U
НОМ
· ·
C
СУМ
, (1)
где
U
Ф
и
U
НОМ
—
фазное
и
линейное
напряже
-
ние
сети
, = 2
f
—
круговая
частота
,
f
= 50
Гц
,
C
СУМ
=
C
КЛ
1
+
C
КЛ
2
+ ... —
емкость
,
равная
сумме
ем
-
костей
«
фаза
-
земля
»
всех
линий
,
отходящих
от
рас
-
сматриваемых
шин
6–35
кВ
.
Ток
замыкания
на
землю
в
сети
с
изолирован
-
ной
нейтралью
6–35
кВ
связан
с
емкостью
сети
и
поэтому
называется
емкостным
.
Схема
прохож
-
дения
этого
тока
накладывается
на
рабочие
токи
линий
,
но
не
зависит
от
мощности
потребителей
,
сохраняясь
и
для
холостых
,
и
для
нагруженных
ли
-
ний
.
Этим
объясняется
тот
факт
,
что
на
рисунке
1
не
показаны
потребители
мощности
,
подключен
-
ные
на
концах
КЛ
.
Поскольку
ток
замыкания
на
землю
,
как
прави
-
ло
,
не
превосходит
рабочих
токов
линий
,
то
для
его
гарантированного
выявления
нельзя
исполь
-
зовать
показания
фазных
трансформаторов
тока
,
а
следует
применять
трансформаторы
тока
нуле
-
вой
последовательности
(
ТТНП
),
которые
реагиру
-
ют
на
сумму
токов
фаз
I
A
+
I
B
+
I
C
= 3
I
0
.
Суммирование
фазных
токов
позволяет
ис
-
ключить
из
рассмотрения
рабочие
токи
линий
,
яв
-
ляющиеся
токами
прямой
последовательности
,
и
оставить
лишь
токи
нулевой
последовательности
,
которые
,
также
как
и
I
ОЗЗ
,
носят
емкостный
характер
.
Можно
показать
,
что
,
например
,
для
схемы
с
3-
мя
линиями
измерения
ТТНП
будут
3
I
0
КЛ
1
=
I
ОЗЗ
–
I
С
КЛ
1
=
I
С
КЛ
2
+
I
С
КЛ
3
,
3
I
0
КЛ
2
= –
I
С
КЛ
2
, (2)
3
I
0
КЛ
3
= –
I
С
КЛ
3
,
где
I
С
КЛ
1
,
I
С
КЛ
2
,
I
С
КЛ
3
—
собственные
емкостные
токи
ли
-
ний
,
определяемые
через
их
емкости
«
фаза
-
земля
»
I
С
КЛ
1
= 3 ·
U
Ф
· ·
C
КЛ
1
= 3 ·
I
СФ
КЛ
1
,
I
С
КЛ
2
= 3 ·
U
Ф
· ·
C
КЛ
2
= 3 ·
I
СФ
КЛ
2
, (3)
I
С
КЛ
3
= 3 ·
U
Ф
· ·
C
КЛ
3
= 3 ·
I
СФ
КЛ
3
,
где
I
СФ
=
U
Ф
· ·
C
—
емкостный
ток
линии
(
присоеди
-
нения
),
рассчитанный
на
фазу
.
Погонные
(
на
1
км
длины
)
значения
емкости
«
фаза
-
земля
»
C
кабельной
линии
и
емкостного
тока
I
СФ
на
фазу
даны
в
каталогах
кабельных
за
-
водов
в
зависимости
от
сечения
жилы
и
класса
напряжения
.
Зная
тип
и
длины
отходящих
от
шин
6–35
кВ
кабелей
,
ток
замыкания
удобно
вычислять
как
сумму
емкостных
токов
всех
линий
I
ОЗЗ
=
I
С
КЛ
1
+
I
С
КЛ
2
+
I
С
КЛ
3
+ ... .
(4)
ЕМКОСТЬ
КАБЕЛЕЙ
И
ЗАРЯДНЫЙ
ТОК
НА
ФАЗУ
В
настоящее
время
кабели
6–35
кВ
с
изоляци
-
ей
из
сшитого
полиэтилена
имеют
однофазную
или
трехфазную
конструкцию
(
с
пофазно
экранирован
-
ными
жилами
).
В
обоих
случаях
каждая
токоведущая
жила
имеет
индивидуальный
медный
экран
,
а
значит
у
линий
,
построенных
такими
кабелями
,
отсутствует
межфазная
емкость
C
М
.
Следовательно
,
емкость
прямой
последовательности
C
1
=
C
0
+ 3
C
М
и
емкость
нулевой
последовательности
C
0
равны
друг
другу
,
и
становится
понятно
,
почему
кабельные
заводы
указывают
в
своих
каталогах
одно
значение
C
1
=
C
0
,
называемое
«
рабочей
емкостью
кабеля
».
Емкость
кабеля
прямо
пропорциональна
относи
-
тельной
диэлектрической
проницаемости
его
изо
-
ляции
.
Поскольку
у
изоляции
из
сшитого
полиэти
-
лена
= 2,4
о
.
е
.,
а
у
бумаги
,
пропитанной
маслом
,
= 4,2
о
.
е
.,
то
может
показаться
,
что
для
современ
-
ных
кабелей
рабочая
емкость
должна
быть
вплоть
до
2-
х
раз
меньше
,
чем
у
кабелей
предыдущих
по
-
колений
.
Однако
,
если
разобраться
,
емкость
совре
-
менных
линий
,
не
меньше
,
а
даже
больше
!
Дело
в
том
,
что
емкость
зависит
не
только
от
,
но
и
от
сечения
жилы
кабеля
,
и
от
толщины
его
изоля
-
ции
.
Сейчас
предельное
сечение
жилы
трехфазного
кабеля
6–35
кВ
достигает
240
мм
2
,
что
не
сильно
от
-
личается
от
сечений
трехфазных
кабелей
с
бумаж
-
но
-
масляной
изоляцией
.
Вместе
с
тем
,
появление
и
развитие
однофазных
кабелей
дало
возможность
практически
неограниченного
роста
сечения
жилы
,
и
известны
линии
,
где
оно
достигает
1500–2000
мм
2
,
а
это
на
порядок
выше
того
,
что
было
возможно
в
се
-
тях
,
построенных
трехфазными
кабелями
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
.
Также
у
новых
кабелей
иные
рабочие
напряженности
электрического
поля
в
изо
-
ляции
,
а
значит
и
другая
ее
толщина
.
Указанные
факторы
приводят
к
тому
,
что
боль
-
ше
недопустимо
использовать
известную
со
вре
-
мен
СССР
эмпирическую
формулу
для
тока
в
ка
-
бельной
сети
I
ОЗЗ
= (
U
НОМ
·
l
СУМ
) / 10,
(5)
где
U
НОМ
—
номинальное
напряжение
сети
(
в
кВ
),
l
СУМ
—
суммарная
длина
кабельных
линий
(
в
км
),
I
ОЗЗ
—
ток
замыкания
(
в
А
).
На
рисунке
2
даны
результаты
расчетов
тока
за
-
мыкания
на
землю
по
устаревшему
эмпирическо
-
му
выражению
(5)
и
по
точной
формуле
(1),
куда
были
подставлены
значения
рабочих
емкостей
кабелей
классов
10, 20, 35
кВ
различного
сечения
жилы
,
заимствованные
из
каталога
фирмы
АВВ
Рис
. 2.
Расчет
тока
однофазного
замыкания
на
землю
в
кабельной
сети
протяженностью
1
км
0
2
4
6
8
10
12
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
I
ОЗЗ
,
А
F
Ж
,
мм
2
СССР
35
кВ
АВВ
35
кВ
АВВ
20
кВ
АВВ
10
кВ
СССР
20
кВ
СССР
10
кВ
№
5 (38) 2016
80
СЕТИ РОССИИ
(
наиболее
грамотный
каталог
).
Суммарная
длина
кабелей
в
сети
при
вычислениях
по
(1)
и
(5)
приня
-
та
равной
l
СУМ
= 1
км
,
также
при
использовании
(1)
полагалось
,
что
все
кабели
имеют
одинаковое
се
-
чение
жилы
—
то
,
которое
откладывается
по
оси
абсцисс
на
рисунке
2.
Представленная
на
рисунке
2
зависимость
I
ОЗЗ
от
сечения
жилы
могла
быть
также
получена
,
если
из
каталога
взять
не
рабочую
емкость
кабеля
,
а
приве
-
денный
там
же
«
емкостный
ток
на
фазу
»
I
СФ
,
который
затем
утроить
I
ОЗЗ
= 3 ·
I
СФ
.
Например
,
согласно
рисунку
2
для
кабельной
сети
10
кВ
протяженностью
1
км
по
старой
формуле
имеем
ток
замыкания
всего
1
А
,
тогда
как
по
каталогу
для
обычных
сейчас
кабелей
сечением
жилы
630
мм
2
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
имеем
ток
за
-
мыкания
4
А
.
Как
видно
,
несмотря
на
малую
диэлек
-
трическую
проницаемость
полиэтилена
,
емкостные
токи
в
современных
кабельных
сетях
6–35
кВ
могут
быть
в
разы
выше
,
чем
были
ранее
.
Указанный
факт
следует
учитывать
тем
специалистам
,
кто
занимает
-
ся
настройкой
работы
релейной
защиты
нулевой
по
-
следовательности
.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
ТОКА
Измерение
фазных
токов
или
измерение
токов
нулевой
последовательности
в
ряде
случаев
выпол
-
няют
,
надевая
на
кабели
разборные
трансформато
-
ры
тока
.
Чтобы
исключить
влияние
токов
в
экранах
кабеля
на
результаты
измерений
,
экраны
кабеля
,
выведенные
наружу
из
муфты
,
следует
пропустить
через
окно
трансформатора
и
только
после
этого
за
-
землить
(
рисунок
3).
жила
шины
ТТ
экран
муфта
Рис
. 3.
Схема
подключения
измерительного
трансфор
-
матора
тока
для
кабеля
с
экраном
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
НЕЙТРАЛИ
ЧЕРЕЗ
РЕЗИСТОР
В
сетях
,
содержащих
трехфазные
кабели
(
вне
за
-
висимости
от
типа
изоляции
),
повреждение
одной
из
фаз
кабеля
достаточно
быстро
перекидывается
на
вторую
и
третью
фазы
,
а
значит
можно
сказать
,
что
нет
проблемы
поиска
места
повреждения
,
ведь
аварийная
линия
будет
отключена
обычной
токовой
защитой
.
В
сетях
,
которые
построены
с
применени
-
ем
однофазных
кабелей
,
описанный
сценарий
мало
-
вероятен
и
даже
исключен
,
если
фазы
проложены
не
сомкнутым
треугольником
,
а
в
ряд
на
расстоянии
друг
от
друга
.
Тогда
рассмотрим
методы
поиска
ме
-
ста
повреждения
.
Факт
возникновения
в
сети
6–35
кВ
замыкания
на
землю
легко
установить
по
появлению
в
нейтра
-
ли
напряжения
,
соответствующего
эдс
аварийной
фазы
.
Однако
поиск
конкретного
места
с
наруше
-
нием
изоляции
затруднен
,
поскольку
измеренные
с
помощью
ТТНП
токи
нулевой
последовательно
-
сти
присоединений
3
I
0
КЛ
1
, 3
I
0
КЛ
2
…
могут
недостаточ
-
но
отличаться
друг
от
друга
и
почти
всегда
меньше
фазных
токов
.
Иногда
поиск
места
повреждения
в
сети
6–35
кВ
с
изолированной
нейтралью
ведут
вручную
,
по
-
очередно
отключая
присоединения
и
контролируя
напряжение
в
нейтрали
сети
.
Указанный
способ
является
нежелательным
в
силу
многократного
воздействия
на
изоляцию
сети
коммутационных
перенапряжений
.
Очевидно
,
что
автоматизация
поиска
предпочтительна
,
и
,
как
правило
,
ее
пы
-
таются
построить
на
сравнении
величин
и
знаков
токов
3
I
0
КЛ
1
, 3
I
0
КЛ
2
...
всех
присоединений
к
шинам
.
Есть
разные
методы
анализа
токов
3
I
0
,
но
самых
простых
,
наверное
,
всего
два
.
Первый
способ
.
Из
(4)
видно
,
что
при
большом
числе
линий
ток
замыкания
I
ОЗЗ
заметно
больше
ем
-
костного
тока
каждой
отдельной
линии
I
С
КЛ
1
,
I
C
КЛ
2
,
I
C
КЛ
3
и
др
.,
и
тогда
по
(2)
ток
нулевой
последовательности
аварийной
линии
также
будет
заметно
больше
токов
нулевой
последовательности
всех
других
присоеди
-
нений
с
исправной
изоляцией
.
Второй
способ
.
Из
(2)
видно
,
что
ток
нулевой
последовательности
аварийной
линии
противопо
-
ложен
по
знаку
токам
нулевой
последовательно
-
сти
всех
других
присоединений
с
исправной
изо
-
ляцией
.
Применение
тех
или
иных
алгоритмов
поиска
по
-
вреждений
зависит
от
числа
линий
,
от
соотношения
их
емкостных
токов
.
Однако
,
к
сожалению
,
все
алго
-
ритмы
,
так
или
иначе
построенные
на
сопоставлении
токов
нулевой
последовательности
присоединений
,
не
могут
корректно
работать
,
если
повреждение
в
сети
является
дуговым
,
то
есть
не
имеет
устойчи
-
вого
характера
.
Кардинальное
решение
проблемы
поиска
по
-
вреждений
в
сетях
6–35
кВ
будет
после
перехода
от
изолированной
нейтрали
к
заземленной
через
рези
-
стор
(
рисунок
1
б
).
Как
видно
,
емкостная
схема
про
-
текания
токов
не
изменяется
,
но
в
аварийной
линии
появляется
дополнительная
«
резистивная
»
состав
-
ляющая
I
R
=
U
Ф
/
R
N
.
Тогда
I
ОЗЗ
=
U
Ф
√
(3 · ·
C
СУМ
)
2
+ (1/
R
N
)
2
. (6)
Токи
нулевой
последовательности
присоединений
3
I
0
КЛ
1
=
√
(
I
С
КЛ
2
+
I
С
КЛ
3
)
2
+
I
R
2
,
3
I
0
КЛ
2
= –
I
С
КЛ
2
, (7)
3
I
0
КЛ
3
= –
I
С
КЛ
3
.
Поиск
места
замыкания
теперь
уже
не
получит
-
ся
построить
за
счет
сравнения
знаков
токов
нуле
-
вой
последовательности
,
поскольку
векторы
токов
3
I
0
аварийной
и
неповрежденных
линий
уже
нельзя
считать
направленными
в
противоположные
сторо
-
ны
.
Зато
,
удачно
выбрав
R
N
,
защита
будет
селектив
-
но
работать
только
лишь
за
счет
простого
сравнения
величин
3
I
0
,
ведь
теперь
ток
поврежденной
линии
за
-
метно
больше
токов
неповрежденных
.
Опыт
показы
-
вает
,
что
резистор
,
обеспечивающий
ток
I
R
> 500
А
,
решает
проблему
селективного
поиска
места
замы
-
кания
на
землю
.
81
Например
,
для
сети
20
кВ
,
имеющей
в
нейтрали
резистор
12
Ом
,
активный
ток
в
месте
замыкания
со
-
ставит
I
R
=
U
Ф
/
R
N
= 960
А
,
а
полный
ток
I
ОЗЗ
замыкания
на
землю
следует
вычислить
по
(6)
с
учетом
его
ем
-
костной
составляющей
.
Резистор
может
иметь
постоянное
подключение
к
нейтрали
,
и
тогда
защиты
должны
быть
настро
-
ены
на
отключение
линии
,
а
значит
и
ее
нагрузки
.
Однако
есть
возможность
устанавливать
резистор
через
нормально
разомкнутый
выключатель
,
под
-
ключаемый
лишь
на
короткое
время
с
целью
вы
-
явления
места
замыкания
,
и
тогда
защиты
можно
настраивать
не
на
отключение
линии
с
нагрузкой
,
а
на
сигнал
.
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
НЕЙТРАЛИ
ЧЕРЕЗ
РЕАКТОР
Согласно
ПУЭ
в
сетях
6, 10, 35
кВ
с
изолиро
-
ванной
нейтралью
,
если
токи
замыкания
на
землю
I
ОЗЗ
превосходят
соответственно
30
А
, 20
А
, 10
А
,
требуется
установка
в
нейтрали
специального
ре
-
актора
.
Емкостная
схема
,
как
и
для
случая
с
ре
-
зистором
,
не
изменяется
,
но
в
линии
с
поврежде
-
нием
появляется
дополнительная
«
индуктивная
»
составляющая
тока
I
L
=
U
Ф
/ (
L
N
).
Векторы
емкост
-
ной
и
индуктивной
составляющих
направлены
в
противоположные
стороны
,
поэтому
I
ОЗЗ
=
U
Ф
· (3 · ·
C
СУМ
– 1 / (
L
N
)). (8)
Подбором
индуктивности
реактора
L
N
можно
до
-
биться
минимальных
величин
токов
I
ОЗЗ
≈
0.
Однако
достичь
I
ОЗЗ
= 0
не
представляется
возможным
из
-
за
наличия
активного
сопротивления
у
реактора
,
у
ли
-
ний
,
у
земли
.
Для
вычисления
токов
3
I
0
линий
можно
исполь
-
зовать
(2),
куда
подставлять
ток
I
ОЗЗ
,
определяе
-
мый
по
(8).
Установка
реактора
в
нейтраль
затруд
-
няет
построение
алгоритмов
защит
от
замыканий
на
землю
,
поскольку
при
I
ОЗЗ
≈
0
согласно
(2)
токи
3
I
0
присоединений
будут
,
во
-
первых
,
мало
отли
-
чаться
друг
от
друга
по
величине
(
если
длины
ли
-
ний
близки
друг
другу
),
а
во
-
вторых
,
будут
одного
знака
.
С
годами
неуклонно
растет
число
сетей
6–35
кВ
,
которые
изначально
должны
были
работать
с
ком
-
пенсированной
нейтралью
,
но
по
факту
реакторов
не
имеют
.
Отчасти
это
связано
с
высокой
стоимо
-
стью
реакторов
и
не
вполне
отработанными
алго
-
ритмами
их
настройки
в
резонанс
с
емкостью
сети
.
Другой
причиной
стало
то
,
что
в
кабельных
сетях
длительная
работа
с
замыканием
на
землю
не
име
-
ет
особого
смысла
и
даже
вредна
.
Не
имеет
смыс
-
ла
,
поскольку
повреждение
никогда
само
не
устра
-
нится
(
даже
при
идеальной
компенсации
до
уровня
I
ОЗЗ
≈
0),
и
вредна
потому
,
что
сложно
наладить
поиск
повреждений
на
основе
измерений
токов
3
I
0
,
а
тогда
искать
приходится
вручную
,
подвергая
сеть
много
-
численным
коммутациям
.
В
последние
годы
обратили
внимание
и
на
еще
одно
обстоятельство
,
которое
больше
не
позволя
-
ет
считать
применение
реакторов
эффективным
.
Дело
в
том
,
что
в
сетях
растет
доля
преобразова
-
тельной
техники
,
а
значит
кривые
токов
и
напряже
-
ний
получают
все
больше
высших
гармонических
составляющих
.
В
таких
условиях
даже
если
реак
-
тор
настроен
на
полную
компенсацию
емкостного
тока
50
Гц
замыкания
на
землю
,
в
месте
поврежде
-
ния
продолжает
проходить
ничем
не
скомпенсиро
-
ванный
ток
высших
гармоник
(
например
, 3-
й
),
спо
-
собный
достигать
десятков
А
,
что
по
ПУЭ
нельзя
считать
допустимым
.
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
НЕЙТРАЛИ
И
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
В
[1]
показано
,
что
в
зависимости
от
состояния
нейтрали
сети
меняются
не
только
токи
замыкания
на
землю
,
но
и
величина
и
форма
перенапряжений
,
которые
возникают
при
неустойчивом
горении
дуги
или
при
феррорезонансных
явлениях
.
В
случае
ре
-
зистивного
заземления
нейтрали
перенапряжения
заметно
менее
опасны
,
чем
при
изолированной
(
ком
-
пенсированной
)
нейтрали
.
Если
говорить
о
включениях
и
отключениях
при
-
соединенных
к
шинам
линий
,
то
есть
о
коммута
-
ционных
перенапряжениях
,
то
они
не
зависят
от
состояния
нейтрали
сети
,
а
определяются
характе
-
ристиками
выключателей
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Специалистам
,
занимающимся
проектированием
кабельных
сетей
6–35
кВ
,
наладкой
защит
и
даль
-
нейшей
их
эксплуатацией
,
следует
обратить
внима
-
ние
на
ряд
важных
особенностей
,
присущих
совре
-
менным
сетям
.
1.
У
кабелей
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
рабочая
емкость
«
фаза
-
земля
»
больше
,
чем
у
ка
-
белей
с
бумажно
-
масляной
изоляцией
.
2.
В
сетях
,
построенных
однофазными
или
трехфаз
-
ными
кабелями
с
изоляцией
из
сшитого
полиэти
-
лена
,
имеющими
медные
экраны
,
подключение
измерительных
трансформаторов
тока
всегда
должно
обеспечивать
отсутствие
влияния
токов
в
экранах
на
результаты
измерений
.
3.
Массовое
применение
однофазных
кабелей
це
-
лесообразно
проводить
лишь
в
тех
сетях
,
где
обес
печено
быстрое
выявление
и
отключение
однофазного
замыкания
на
землю
—
как
прави
-
ло
,
для
достижения
этого
приходится
заземлять
нейтраль
сети
через
низкоомный
резистор
.
4.
В
сетях
,
где
возможна
длительная
работа
с
одно
-
фазным
замыканием
на
землю
,
рекомендуется
ограничить
использование
однофазных
кабелей
,
применяя
вместо
них
трехфазные
кабели
или
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена
,
или
с
бу
-
мажно
-
масляной
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Евдокунин
Г
.
А
.,
Титенков
С
.
С
.
Внутренние
пере
-
напряжения
в
сетях
6–35
кВ
//
Издательство
Тер
-
ция
, 2004. 188
с
.
2.
Дмитриев
М
.
В
.
Заземление
экранов
однофазных
силовых
кабелей
6–500
кВ
.
СПб
.:
Изд
-
во
Поли
-
техн
.
ун
-
та
, 2010. 152
с
.
№
5 (38) 2016
Оригинал статьи: Заземление нейтрали в кабельных сетях 6–35 кВ
В сетях среднего напряжения существует большое число способов заземления нейтрали. Среди них известны изолированная нейтраль, нейтраль, заземленная через реактор или резистор. Выбор оптимального способа заземления зависит от многих факторов и, в том числе, от характеристик применяемого в сети оборудования. В статье рассмотрены причины, по которым для сетей 6–35 кВ, содержащих кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена, рекомендуется резистивное заземление нейтрали.
