11.2. Замыкание фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов

Замыкание на землю — это замыкание, обусловленное соединением проводника с землей или уменьшением сопротивления его изоляции по отношению к земле ниже определенной величины (СТ МЭК 50(151)—78).

Компенсация емкостного тока замыкания на землю в сетях 6-35 кВ применяется для уменьшения тока замыкания на землю, снижения скорости восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения заземляющей дуги, уменьшения перенапряжений при повторных зажиганиях дуги и создания условий для ее самопогасания.

Из рис. 11.1, а видно, что при замыкании фазы на землю обмотка ТН поврежденной фазы оказывается замкнутой накоротко и показания ее вольтметра будут равны нулю. Две другие фазы будут находиться под линейным напряжением, что зафиксируют вольтметры.

В точке замыкания фазы (например, фазы С) на землю проходит ток, равный геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз, то есть

Чем протяженнее сеть, тем больше ее емкость и, следовательно, тем больше ток замыкания на землю, что вытекает из формулы (11.1).

Опасность замыкания фазы на землю состоит в том, что в месте повреждения, как правило, возникает перемежающаяся заземляющая дуга, длительное горение которой при большом емкостном токе приводит к значительному тепловому эффекту с возможным возникновением междуфазных КЗ, а повышение напряжения двух фаз до линейного значения может привести к пробою дефектной изоляции.

В соответствии с требованиями ПТЭ, токи замыкания на землю не должны превышать следующих значений:

В соответствии с требованиями ПУЭ и Типовой инструкцией по компенсации емкостного тока, компенсация должна применяться при следующих значениях емкостного тока замыкания на землю в нормальных режимах работы сети:

в воздушных сетях 6-20 кВ на железобетонных или металлических опорах и во всех сетях 35 кВ — при токе более 10 А;

в воздушных сетях, не имеющих железобетонных или металлических опор:

при напряжении 6 кВ — при токе более 30 А;

при напряжении 10 кВ — более 20 А;

при напряжении 15–20 кВ — более 15 А;

в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор — трансформатор — более 5 А.

Компенсацию допускается применять также в воздушных сетях 6-10 кВ при емкостном токе менее 10 А.

Во избежание превышения указанных значений токов в нейтраль трансформатора включается дугогасящий реактор (рис. 11.1, б), который уменьшает (компенсирует) емкостной ток через место повреждения. При компенсации емкостных токов ВЛ и КЛ могут некоторое время работать с замыканием фазы на землю.

При токе реактора I p равном емкостному току I c, имеет место полная компенсация емкостного тока, то есть I р = I с = 0, и наступает резонанс токов.

Реактор можно настраивать на работу с недокомпенсацией или перекомпенсацией токов.

Настройка с недокомпенсацией применяется в КЛ и ВЛ, если аварийно возникшая несимметрия емкостей фаз не приводят к возникновению напряжения смещения нейтрали более 0,7 U ф.

При резонансной настройке ток замыкания на землю минимален и перенапряжения в сети не превышают 2,7 U ф. С точки зрения гашения дуги резонансная настройка является оптимальной.

В обычном режиме работы сети имеет место несимметрия напряжения, обычно не превышающая допустимое значение 1,5 %.

Следует иметь в виду, что при резонансной настройке напряжение смещения может достичь значений фазных напряжений, что приведет к искажению фазных напряжений и возможному появлению сигнала «земля в сети» при отсутствии замыкания фазы на землю. Расстройка дугогасящего реактора позволяет избежать точки резонанса, снизить напряжение смещения нейтрали и выровнять показания вольтметров.

При отсутствии замыкания на землю допускается смещение нейтрали не более 0,15U ф.

Ток дугогасящих реакторов регулируется ручным переключением ответвлений с отключением реактора от сети, изменением зазора в магнитной системе при помощи электродвигательного привода без отключения реактора от сети, изменением индуктивности реактора или подмагничиванием постоянным током без отключения реактора от сети.

Автоматизированная компенсированная сеть должна иметь:

дугогасящие реакторы с ручным переключением ответвлений;

подстроечные дугогасящие реакторы с плавным изменением тока компенсации без отключения реактора от сети;

дугогасящие реакторы с автоматическими регуляторами тока компенсации, включающиеся сразу после возникновения замыкания на землю и обеспечивающие резонансную настройку для погашения дуги в месте замыкания.

Перестройка дугогасящих реакторов производится по распоряжению диспетчера, который руководствуется таблицей настройки, составленной для конкретного участка сети на основании результатов измерений токов замыкания на землю, емкостных токов, токов компенсации и напряжений смещения нейтрали.

Дугогасящие реакторы устанавливаются на питающих сеть ПС и подключаются к нейтрали трансформатора через разъединители.

При соединении трансформатора по схеме «звезда — треугольник» реакторы подключают к нейтрали вспомогательных трансформаторов, в качестве которых используются трансформаторы собственных нужд.

Для перевода реактора с одного трансформатора на другой его сначала отключают разъединителем от нейтрали одного трансформатора, а затем подключают разъединителем к нейтрали другого.

О возникновении замыкания на землю персонал узнает по работе сигнальных устройств, а фаза, замкнувшая на землю, устанавливается по показаниям вольтметров контроля изоляции.

В сигнальном устройстве реле контроля изоляции подключается к выводам дополнительной вторичной обмотки ТН, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. При нарушении изоляции фазы на землю на зажимах этой обмотки появляется напряжение нулевой последовательности 3U 0, реле КV (рис. 11.1) срабатывает и подает сигнал.

В сетях с компенсацией емкостных токов схемы сигнализации и контроля работы дугогасящих реакторов подключаются к ТТ реактора или к его сигнальной обмотке. К этой же обмотке подключаются без предохранителей также лампы контроля отсутствия замыкания на землю.

По полученным сигналам на ПС нельзя сразу определить электрическую цепь, на которой произошло замыкание на землю, поскольку отходящие линии электрически связаны между собой на шинах. Для определения цепи, на которой произошло замыкание на землю, применяют избирательную сигнализацию поврежденных участков, основанную на использовании токов переходного процесса замыкания или токов высших гармоник, источником которых являются нелинейные цепи.

Широкое распространение на ПС, питающих кабельную сеть, получили устройства с разделительными фильтрами типов РФ и УСЗ, которые реагируют на высшие гармоники, содержащиеся в токе 3I 0. Их уровень пропорционален емкостному току сети и в поврежденной линии выше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных линий. Данный фактор и является признаком повреждения на той или иной линии.

Стационарные устройства устанавливаются на щитах управления или в коридорах РУ и при помощи переключателей, кнопок или шаговых искателей при появлении в цепи замыкания на землю поочередно подключаются персоналом к ТТ нулевой последовательности, установленным на каждой КЛ.

Поврежденным считается присоединение, на котором при измерении стрелка прибора отклонится на большее число делений, чем при измерениях на других присоединениях.

Если устройства избирательной сигнализации на ПС отсутствуют или не дают желаемых результатов, отыскание поврежденного присоединения производится путем перевода отдельных присоединений с одной системы шин на другую, работающую без замыкания на землю, или путем деления электрической сети в заранее предусмотренных местах. Для отыскания повреждений также пользуются поочередным кратковременным отключением линий с включением их от АПВ или вручную.

Следует знать, что продолжительность непрерывной работы реакторов под током нормирована: от 2 до 8 ч. Поэтому если отыскание замыкания на землю затягивается, то персонал обязан контролировать температуру верхних слоев масла в баке реактора. Максимальное повышение температуры верхних слоев масла допускается до 100 °C.