ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ МНОГОМЕСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ КЛ 6–10 кВ C ПОМОЩЬЮ КРАТКОВРЕМЕННОГО НИЗКООМНОГО ИНДУКТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ

Станислав Кужеков, д.т.н., профессор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), г. Новочеркасск
Валерий Хнычёв, д.э.н., генеральный директор ОАО «Пятигорские электрические сети», г. Пятигорск

Выбор оптимального режима нейтрали – вопрос открытый, дискуссионный. В настоящее время в Пятигорских электрических сетях осуществляется опытная эксплуатация участка сети с кратковременным низкоомным индуктивным заземлением нейтрали (L_Н-сеть).
О теоретических основах проекта рассказывают его руководители: Станислав Лукьянович Кужеков и Валерий Альбертович Хнычёв.

Современное состояние распределительных электрических сетей напряжением 6–10 кВ характеризуется высокой изношенностью силового электротехнического оборудования (кабельных и воздушных линий, оборудования подстанций). До 90% от общего числа нарушений нормальной работы в таких сетях составляют однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Борьба с ними – важное направление работ по повышению надежности систем электроснабжения.
На современном уровне развития электротехники (коммутационных аппаратов, средств релейной защиты, электроавтоматики и телемеханики) эффективным решением данной задачи может стать комплексная автоматизация управления режимом нейтрали, выявления участков с ОЗЗ, отключения поврежденных участков и последующего восстановления электропитания потребителей.
В качестве датчиков информации для выявления поврежденных участков кабельных линий с помощью автоматизированных систем целесообразно использовать указатели тока короткого замыкания (КЗ), устанавливаемые по всем концам линий и на вводах к силовым трансформаторам ТП.

РЕЖИМ НЕЙТРАЛИ

Распределительные сети напряжением 6–10 кВ, как правило, работают с изолированной нейтралью (I-сеть) или с компенсацией емкостного тока замыкания на землю (LВ-сеть). Это обусловлено стремлением не отключать потребителей от источника питания при ОЗЗ. Однако, вследствие возникающих при замыканиях на землю перенапряжений, достигающих при неустойчивом горении заземляющей электрической дуги значений (3,0–3,5) U_ф, где U_ф – фазное напряжение, ОЗЗ могут переходить в двойные и многоместные замыкания на землю, приводящие к отключению нескольких кабельных линий. Нередко отмечаются случаи отключения четырех–шести кабельных линий. Следует отметить, что при больших сроках эксплуатации кабельной сети указанные отключения имеют место даже при устойчивом горении заземляющих электрических дуг, т.е. при перенапряжениях, составляющих √—3U_ф. Таким образом, сохранение в работе поврежденных КЛ при ОЗЗ не всегда приемлемо.
В настоящее время реализация эффективной компенсации емкостного тока замыкания на землю (режим LВ-сети) становится проблематичной из-за затруднений во взаимодействии региональных электросетевых компаний и потребителей, например, предприятий городских электрических сетей. Это относится, в частности, к внедрению дорогостоящих микропроцессорных систем автоматического управления дугогасящими реакторами с подмагничиванием. Известные технические решения по резистивному заземлению нейтрали не всегда обеспечивают повышение эффективности функционирования кабельной сети.

В частности, по мнению некоторых авторов, при высокоомном резистивном заземлении нейтрали (RB-сеть) повторные пробои изоляции могут возникать более часто, чем в LB-сети. Использование режима низкоомного резистивного заземления нейтрали (RН-сеть) связано с установкой специальных чувствительных защит от замыканий на землю. Следует учитывать также, что при частых повторных замыканиях на землю термическая стойкость резисторов может оказаться недостаточной.
В магистральных кабельных сетях (как правило, используемых в электроснабжении городов) главный недостаток автоматического отключения ОЗЗ заключается в трудности быстрого отыскания оперативным персоналом поврежденного участка линии после отключения замыкания на землю. Это объясняется тем, что промышленные указатели тока КЗ, предназначенные для фиксации междуфазных и двойных замыканий на землю, не реагируют на токи ОЗЗ, в том числе при низкоомном резистивном заземлении нейтрали.
С учетом изложенного, для исключения множественных повреждений КЛ напряжением 6–10 кВ, а также для ускоренного выявления поврежденных участков магистральных линий может быть использован режим кратковременного низкоомного индуктивного заземления нейтрали (LН-сеть) [1]. В соответствии с этим предложением на участке сети (наиболее целесообразно в центре питания) устанавливается специальный силовой трансформатор со схемой соединения звезда-треугольник (ТЗН). Нейтраль обмотки, соединенной в звезду, заземляется. Указанный трансформатор подключается выключателем к источнику питания при замыкании на землю, т.е. при появлении на шинах питания напряжения нулевой последовательности U0. Подключение трансформатора переводит сеть из режима I-сети, R-сети или LВ-сети в режим LН-сети, т.е. кратковременного низкоомного индуктивного заземления нейтрали. Значение тока ОЗЗ в LН-сети должно быть достаточным для срабатывания промышленных указателей тока короткого замыкания, т.е. в первом приближении достигать значения 500–700 А. Подчеркнем, что использование указателей тока КЗ в данном режиме нейтрали – эффективное средство для быстрого отыскания оперативным персоналом участка электрической сети с ОЗЗ и последующего восстановления электроснабжения потребителей.

ПРИМЕНЕНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОГО НИЗКООМНОГО ИНДУКТИВНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Распределительные сетевые компании (РСК), обеспечивающие питанием городские и другие электрические сети, не входящие в состав РСК, в связи с отсутствием в ПУЭ разрешения на использование данного режима нейтрали, как правило, запрещают подключать к шинам низшего напряжения своих подстанций (центров питания) указанные выше трансформаторы. По этой причине специальные трансформаторы могут быть подключены к шинам распределительных пунктов (РП) городских электрических сетей и промышленных предприятий. Это обстоятельство предъявляет дополнительные требования к релейной защите электрической сети.
На рис. 1 приведен фрагмент участка кабельной сети, включающий в себя подстанцию энергоснабжающей организации с шинами низшего напряжения – центром питания (ЦП).

где u_K% – напряжение короткого замыкания трансформатора (в процентах от номинального);
I_ном.т – номинальный ток трансформатора.
Значения тока I ⁽¹⁾_к.пред при U_ном.т = 10 кВ приведены в табл. 1.

Примечание:
U_ф.неп – напряжение неповрежденной фазы относительно земли;
U_{ф. норм} – фазное напряжение в нормальном режиме;
I_з.з. – емкостный ток замыкания на землю;
C_ф – суммарная емкость участка сети относительно земли;
I_{ср.уткз} – ток срабатывания указателя тока короткого замыкания;
I_R, I_L – токи через резистор или индуктивность соответственно при ОЗЗ.

Использование в магистральных электрических сетях напряжением 6–10 кВ с изношенной изоляцией режима кратковременного низкоомного индуктивного заземления нейтрали позволяет снизить вероятность возникновения многоместных замыканий на землю. Результат достигается путем автоматического отключения линий с однофазным замыканием на землю с помощью существующих устройств защиты от двойных замыканий на землю.
При наличии в сети эффективных указателей тока КЗ поврежденный участок кабельной линии может быть оперативно выявлен персоналом.

1. Хнычёв В.А, Корогод А.А., Шарапов А.Н., Шупиков А.А., Кужеков С.Л., Бураков И.Ф., Сенчуков А.А. О кратковременном низкоомном индуктивном заземлении нейтрали электрической сети напряжением 6–10 кВ // Энергоэксперт. 2008. № 6.
2. Кужеков С.Л., Хнычёв В.А, Корогод А.А., Шарапов А.Н., Шупиков А.А., Бураков И.Ф., Сенчуков А.А. Предотвращение многоместных повреждений кабельных линий 6–10 кВ средствами релейной защиты и электроавтоматики // Релейная защита и электроавтоматика энергосистем 2010: Сборник докладов. М.: Научно-инженерное информационное агентство, 2010. С.259–263.