Проведение расчетных и экспериментальных исследований в сетях 6-35 КВ с разработкой соответствующих рекомендаций по ограничению перенапряжений

Значительную долю нарушений составляют повреждения вследствие феррорезонансных перенапряжений. Наиболее часто отмечаются выходы из строя измерительных трансформаторов напряжения при длительных перемежающихся дуговых замыканиях на землю. Вызывая относительно невысокие перенапряжения, они сопровождаются повышенными токами в обмотках, что приводит к термической неустойчивости и перегоранию обмоток.

Все применяемые способы ограничения перенапряжений основаны на использовании методов и средств, способствующих стеканию зарядов на землю, появляющихся в трехфазной сети, например, при дуговых замыканиях на землю и приводящих к появлению напряжения смещения нейтрали.

Использование ОПН, уровни срабатывания которых удается приблизить к величинам допустимых кратностей кратковременных перенапряжений, недостаточно. Такие уровни ограничения позволяют снизить коммутационные, но не устраняют феррорезонансные и дуговые перенапряжения, которые могут длительно существовать с величинами менее чем 2,8 U ф. Длительные перенапряжения таких уровней опасны для ослабленной изоляции устаревших двигателей, обмоток трансформаторов напряжения и самих ОПН.

В настоящее время распределительные сети 3÷35 кВ, особенно городские, достаточно резервированы и подготовлены как к более полной автоматизации, так и к переходу к работе с резистивно заземленными нейтралями.

В этом случае снижение дуговых перенапряжений достигается заземлением нейтрали сети через активное сопротивление. Исключается и повреждение трансформаторов напряжения. В зависимости от конструктивного исполнения и величины сопротивления возможно ограниченное и постоянное подключение резистора в режиме ОЗЗ.
В первом варианте резистор рассчитывается на ограниченную мощность, что допускает протекание токов ОЗЗ в течение короткого времени, не более 1÷10 сек. За это время должно быть обеспечено срабатывание специальной селективной защиты, отключающей поврежденный фидер.
Во втором варианте резистор функционирует в длительном режиме до устранения аварии. Это позволяет демпфировать перенапряжения в течение времени существования ОЗЗ и обеспечить непрерывность электроснабжения.

Выбор схемы подключения и величины резистора является оптимизационной задачей. Вариант использования резистора, находящегося под действием напряжения только в течение времени, достаточного для аварийного отключения присоединения, имеет ряд ограничений:

• Любая несимметрия, даже в пределах, допускаемых ГОСТ, будет приводить в нормальном режиме к длительному выделению мощности на резисторе.
• Принудительное отключение потребителя через 3÷10 с является крайне нежелательным для ряда объектов, в частности для станций электрохимической защиты газопровода, двигателей химических и нефтехимических производств.
• Заземление нейтрали, увеличивающее ток замыкания с использованием резистора 100÷200 Ом, увеличивает вероятность расплавления стали статора даже при быстродействующем отключении повреждений.
• Выделение в резисторе в нормальном или аварийном режиме энергии, превышающей допустимую, приводит к срабатыванию собственной защиты резистора и его отключению.

Вариант подключения резистора величиной несколько кОм (1÷3 кОм) предполагает постоянное присоединение резистора к нейтрали, что исключает вышеуказанные недостатки.

Параметры резистора рассчитываются по условию ограничения перенапряжений до заданной величины (обычно до уровня испытательного для вращающихся машин), ток замыкания на землю при этом практически не меняется. Резистор изготавливается на базе композиционного материала и рассчитан на время воздействия наибольшего фазного напряжения не менее 6 часов, что позволяет обходиться без устройств автоматики и защиты для его отключения.

Возможно подключение резисторов в сетях 3÷35 кВ  к нейтралям трансформаторов собственных нужд или специальных фильтров нулевой последовательности типа ФМЗО. При этом мощность устройств определяется необходимостью длительной работы в режиме однофазного замыкания и обеспечения апериодического процесса разряда емкости фаз.

Основываясь на большом опыте проведения исследовательских работ в сетях среднего класса напряжения, предлагаем с целью обеспечения безаварийной работы электрооборудования сетей 6-35 кВ и во избежание его повреждения при однофазных замыканиях на землю и коммутациях вакуумными выключателями; и как следствие, повышения надежности электроснабжения потребителей – провести расчетные и экспериментальные исследования в сетях 6-35 кВ с разработкой соответствующих рекомендаций в следующем объеме.

1. Анализ существующей схемы сети 6-35 кВ и подготовка программ по проведению экспериментальных исследований.
2. Экспериментальные замеры напряжения несимметрии/смещения нейтрали с учетом гармоник в сигнале напряжения на нейтрали и определение емкостного тока ОЗЗ «косвенным» методом по резонансной кривой
3. Экспериментальные замеры токов ОЗЗ и фазных напряжений при искусственных "металлических" замыканиях на землю в сетях 6-35 кВ любых объектов независимо от режима заземления нейтрали. Есть возможность оценки эффективности системы компенсации путем проведения искусственных дуговых ОЗЗ.
4. Экспериментальные замеры перенапряжений при коммутациях высоковольтных выключателей (в частности, вакуумных) в различных узлах сети.
5. Определение отдельных скоростных и временных характеристик высоковольтных выключателей с помощью прибора ПКВ/М7.
6. Измерение гармонического состава напряжения секций 6-35 кВ в нормальном режиме работы с помощью прибора ЭРИС КЭ.02 и проверка по коэффициентам гармонических составляющих на соответствие требованиям ГОСТ 13109-97.
7. Обработка результатов экспериментов с определением гармонического состава тока ОЗЗ. Определение существующей степени компенсации тока ОЗЗ на секциях с дугогасящими реакторами (ДГР).
8. Определение уровней коммутационных перенапряжений на основе полученных в опыте осциллограмм с возможностью математического моделирования переходных процессов при коммутациях вакуумных выключателей в конкретной сети.
9. Расчеты процессов при однофазных замыканиях на землю с компьютерным моделированием в программном комплексе МАЭС на основании полученных расчетным или опытным путем данных с целью определения номинала резисторов и необходимости/замены ДГР.
10. Разработка рекомендаций по оптимизации режима нейтрали, а именно – внедрению средств ограничения перенапряжений при однофазных замыканиях на землю на базе высоковольтных неотключаемых резисторов, а также ведению компенсации и настройке дугогасящих реакторов в сетях 6-35 кВ.
11. Разработка рекомендаций по внедрению средств эффективной защиты от перенапряжений при коммутации вакуумными выключателями присоединений с двигательной/трансформаторной нагрузкой и повышению надежности работы электрооборудования коммутируемого участка сети.

 Реализация указанных мер позволит обеспечить безаварийную работу электрооборудования, избежать его повреждения при однофазных замыканиях на землю и в конечном итоге существенно повысить надежность электроснабжения потребителей.