ОБСУЖДЕНИЕ
Публикация в нашем журнале серии статей «Городские электрические сети» о проблемах энергоснабжения и способах их решения на примере электрических сетей Ханты-Мансийска (см. «Новости ЭлектроТехники» № 5 (65), 6(66) 2010, 1(67), 2(68) 2011) вызвала отклики читателей. В частности, одним из вопросов, который привлек к себе особое внимание, стал режим заземления нейтрали, влияющий на надежность электроснабжения.
Так, Сергей Викторович Лобастов считает наилучшим заземление нейтрали сетей с емкостными токами замыкания на землю более 20 А через дугогасящий реактор (ДГР), а не через резистор, как предлагается в материалах, посвященных опыту Ханты-Мансийска. Тезисы нашего читателя комментирует один из авторов цикла статей Юрий Викторович Целебровский.
Также к обсуждению подключился ведущий эксперт в области заземления нейтрали Георгий Анатольевич Евдокунин.
Сергей Лобастов, инженер по наладке и испытаниям, ВП «НТБЭ»,
г. Екатеринбург
Юрий Целебровский, д.т.н., профессор НГТУ,
г. Новосибирск
Георгий Евдокунин, д.т.н., профессор СПбГПУ,
г. Санкт-Петербург
ГОРОДСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ
Режимы заземления нейтрали
О способах заземления
Сергей Лобастов:
– Утверждение авторов материалов о том, что резистивное заземление нейтрали сетей среднего напряжения является наиболее распространенным, неверно. В мире активно применяют как режим резистивного заземления, так и режим компенсированной нейтрали. Более того, в ряде стран (Великобритания, Германия, Финляндия, Австралия) применяется режим полного подавления токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ).
Например, согласно отчету компании Orion (Новая Зеландия) применение средств полной компенсации тока ОЗЗ увеличило надежность электроснабжения на 20–40%. В российских сетях 6–35 кВ применение полной компенсации также актуально в связи с высокой степенью их износа и активным ростом протяженности, что в итоге повышает величину активной составляющей тока замыкания на землю.
Юрий Целебровский:
– Говоря о том, что резистивное заземление нейтрали сетей среднего напряжения является наиболее распространенным, мы ссылались на статью С.С. Титенкова (см. «Новости ЭлектроТехники» № 5(23) 2003). С. Лобастов абсолютно прав в том, что эффективность заземления нейтрали через ДГР проявляется лишь при «полном подавлении токов однофазного замыкания на землю».
При токе, равном нулю, дуга гаснет, замыкание исчезает, и таким образом дугогасящий (подчеркнуто Ю. Целебровским. – Ред.) реактор выполняет свое предназначение. При этом важно помнить, что рассматривается только частный случай замыкания через дугу.
Георгий Евдокунин:
– Говоря о целесообразности компенсации токов замыкания на землю, надо обязательно указывать, для каких сетей это мероприятие предназначено: для воздушных или кабельных. Естественно, существенно большую эффективность это мероприятие имеет для воздушных сетей (с самовосстанавливающейся изоляцией), чем для кабельных.
Заметим также,что полная компенсация тока замыкания на землю практически невозможна из-за активных сопротивлений сети и наличия высших гармоник, а также из-за высокой стоимости устройств, с помощью которых пытаются это сделать.
О сопротивлении резистора
Сергей Лобастов:
– Авторы статей приводят расчет сопротивления резистора в нейтрали сети по условиям электробезопасности. В сети 10 кВ они указывают значение Rn ≥ 450 Ом. Из условия эффективного ограничения уровня перенапряжений при дуговых замыканиях на землю величина Rn должна быть не больше емкостного сопротивления сети, что соответствует суммарному току:
 . При этом
 . Таким образом авторы доказывают, что применение резистора, включенного в нейтрали сети 10 кВ, допустимо при токах менее 15 А. Но в этом диапазоне в соответствии с ПУЭ и не требуется компенсация емкостных токов сетей 10 кВ. Как тогда быть при больших значениях емкостных токов, как ограничить величины токов замыкания на землю до безопасных уровней, кроме как дугогасящими реакторами?
Непонятно, на основании чего сделаны выводы, а способ заземления нейтрали через высокоомный резистор предлагается как альтернатива заземлению нейтрали сети через дугогасящий реактор.
Юрий Целебровский:
– Говоря о сопротивлении резистора по условиям электробезопасности, мы называли то значение, при котором напряжение прикосновения не будет превышать 20 В, т.е. предела неотпускания (ГОСТ 12.1.038-82). И этим подчеркнули только то, что однофазные замыкания в сети, особенно городской, должны отключаться релейной защитой.
Резистор в нейтрали может быть применен при любых токах замыкания на землю. Помимо дуговых перенапряжений, он не позволяет развиваться феррорезонансным процессам, характерным как раз для сетей с токами замыкания до 10 А. Резистивное заземление нейтрали – один из видов заземления, а не альтернатива только дугогасящим реакторам (о чем мы, следует признать, неточно написали в одной из статей. – См. «Новости ЭлектроТехники» № 6(66) 2010).
Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (п. 2.8.11) допускается работа сетей с замыканием на землю.
Но слово «допускается» в нормативной документации
(п. 1.1.17 ПУЭ 7-го изд.) означает, что «данное решение применяется в виде исключения, как вынужденное (вследствие стесненных условий, ограниченных ресурсов необходимого оборудования, материалов и т.п.)».
Георгий Евдокунин:
– Компенсация емкостного тока с помощью реактора снижает суммарный ток замыкания на землю, увеличивая риск неустойчивого замыкания на землю. Следовательно, исключается селективная работа защит от ОЗЗ, увеличивается время наличия в сети замыкания на землю со всеми негативными последствиями.
Применение низкоомного заземления нейтрали допустимо при любых токах замыкания на землю, проблемы безопасности здесь не существует в силу быстрого селективного отключения поврежденного присоединения (как ее не существует в сетях 110–500 кВ с заземленной нейтралью).
О токах замыкания на землю
Сергей Лобастов:
– В сети Ханты-Мансийска использовался резистор Rn = 750 Ом, который создает дополнительный активный ток в присоединении с ОЗЗ (при металлическом замыкании с нулевым сопротивлением контура замыкания на землю):
 . Однако следует отметить, что реально протекающий ток промышленной частоты, необходимый для работы большинства защит от ОЗЗ, может быть значительно меньше, так как его величину снижает сопротивление контура замыкания на землю и дуговой характер замыкания. Например, на приведенной в одном из материалов осциллограмме видно, что дуга стабилизировалась только на короткое время (около 0,7 с), затем снова стала иметь перемежающийся характер. В данном случае тока хватило для работы защиты от ОЗЗ, но очевидно, что это не гарантировано.
Юрий Целебровский:
– Конечно, токи замыкания могут быть такими малыми, что не обеспечат работу защиты (это возможно при малоразвитой сети или при неполной компенсации емкостного тока). Резистивное заземление нейтрали устраняет этот недостаток.
Георгий Евдокунин:
– Способ заземления нейтрали через высокоомный резистор при относительно малых токах замыкания на землю (до 10 А) предназначен только для снижения кратности дуговых перенапряжений, числа повторных зажиганий дуги, снижения риска двойного замыкания и повреждения ТН. Однако для селективной и надежной работы токовых защит от замыкания на землю ток, создаваемый резистором, должен быть по крайней мере в 3–4 раза больше емкостного (при этом создаются условия для устойчивого, без перемежающейся дуги замыкания на землю). Это требует применения низкоомного заземления нейтрали.
О компенсации емкостного тока
Сергей Лобастов:
– Некоторая безапелляционность авторов в отрицании целесообразности компенсации емкостных токов для смешанных сетей малых городов создает ощущение неэффективности этой меры во всех промышленных и городских сетях с десятками и сотнями ампер емкостного тока, что, по нашему опыту, категорически неверно.
Считаю, что для крайне изношенных городских сетей РФ и СНГ с емкостными токами 20 А и более, с минимумом автоматизации и резервирования, при ОЗЗ компенсация является единственным средством, позволяющим поддерживать удовлетворительный уровень надежности и безопасности электроснабжения потребителей.
Юрий Целебровский:
– Мы выступаем не против компенсации емкостного тока, а против неполной компенсации, на которую сторонники ДГР вынуждены идти из-за повсеместной несимметрии сетей (п. 2.8.16 ПТЭЭП).
Георгий Евдокунин:
– Однофазный пробой изоляции кабеля при любой величине тока в месте повреждения требует его вывода из работы, и чем быстрее, тем лучше. В процессе длительного поиска этого повреждения (основываясь на отечественной практике поиска путем поочередного отключения всех присоединений на секции питания) на изоляцию сети воздействуют не только дуговые перенапряжения, но и коммутационные, что приводит к повреждению неповрежденных присоединений наших изношенных сетей. Низкоомное резистивное заземление нейтрали исключает всякого сорта перенапряжения и немедленно отключает поврежденный фидер, не позволяя аварии развиться.
Более подробно тема освещена в книге «Резистивное заземление нейтрали сетей 6-10 кВ» (Евдокунин Г.А., Титенков С.С. СПб.: Изд-во «Терция», 2009).
От редакции
Так как проблема заземления нейтрали в электрических сетях среднего напряжения по-прежнему актуальна и порождает немало споров в кругах энергетиков, редакция полагает, что необходимо продолжить ее обсуждение. Об успешном опыте эксплуатации резистивного заземления нейтрали в последнее время написано немало, а опыт применения ДГР в городских сетях, к сожалению, практически не освещен.
Поэтому мы предлагаем высказаться в первую очередь сторонникам использования ДГР – специалистам эксплуатирующих организаций. |
