Перенапряжения при дуговых замыканиях на землю в сетях 6-35 кВ и их ограничение

и их ограничение

переходных процессов в сетях 6 – 35 кВ можно собственную

индуктивность линии не учитывать, а емкости фаз относительно земли Сф и междуфазные емкости Смф считать сосредоточенными в одной точке.

характеристикой. Он определяет:
ток в месте повреждения и перенапряжения на

неповрежденных фазах при однофазном замыкании;
схему построения релейной защиты от замыканий на землю;
уровень изоляции электрооборудования;
выбор аппаратов для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений (ограничителей перенапряжений);
бесперебойность электроснабжения;
допустимое сопротивление контура заземления подстанции;
безопасность персонала и электрооборудования при однофазных замыканиях.

69 кВ по зарубежной классификации) применяются четыре режима заземления нейтрали

сетей 6-35 кВ) и режим заземления через дугогасящий реактор (примерно

20-30% сетей 6-35 кВ), в других странах чаще всего применяется заземление нейтрали через резистор или дугогасящий реактор. Режим заземления нейтрали через резистор сравнительно новый и используется в России в ограниченном числе сетей 6-35 кВ.

первого однофазного замыкания на землю;
малый ток в месте повреждения (при

малой емкости сети на землю).

перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы–десятки ампер)

в месте однофазного замыкания на землю;
возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями;
возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы;
необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение;
сложность обнаружения места повреждения;
опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;
сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как реальный ток замыкания на землю зависит от режима работы сети (числа включенных присоединений).

являются:
отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на

землю;
малый ток в месте повреждения (при точной компенсации – настройке дугогасящего реактора в резонанс);
возможность самоликвидации однофазного замыкания, возникшего на воздушной линии или ошиновке (при точной компенсации – настройке дугогасящего реактора в резонанс);
исключение феррорезонансных процессов, связанных с насыщением трансформаторов напряжения и неполнофазными включениями силовых трансформаторов.

в нормальном режиме Uн=0 и Iр=0.
При однофазном замыкании на

землю на нейтрали появляется напряжение нулевой последовательности Uн=Uф и ток в дугогасящем реакторе


где L(0) и R(0) – суммарная индуктивность и активное сопротивление нулевой последовательности.

Результирующий ток в месте замыкания на землю равен
Изменяя индуктивность реактора

можно изменять ток IL, а, следовательно, и настройку компенсации емкостного тока, которая характеризуется коэффициентом настройки компенсации, который может быть определен при RP=0 по формуле


Реактор может быть настроен; в резонанс (q=1), с недокомпенсацией (q<1), и с перекомпенсацией (q>1).

нейтрали появляется напряжение U. В схеме без ДГР это напряжение

сохранялось бы вплоть до следующего зажигания дуги. В схеме с ДГР все три емкости фаз начинают разряжаться через индуктивность реактора в нейтрали. Этот процесс носит колебательный характер с частотой fC практически равной частоте источника при q≈1 (fc=50√q). Однако напряжение U находится в противофазе с установившимся напряжением в поврежденной фазе, поэтому напряжение на ней после затухания высокочастотных колебаний растет медленно и новое зажигание дуги становится маловероятным

в фазах идет в виде биений. На “здоровых” фазах при

биениях напряжение может повышаться до 2Uф, а на поврежденной до 1,8Uф. Повторные пробои (зажигания дуги) на повышенных напряжениях приводят к более высоким кратностям перенапряжений ((2,6÷2,8)Uф при Uпр=1,7Uф). При резонансной настройке повторные пробои происходят при UпрДугогасящий реактор способствует гашению дуги не только уменьшением тока в месте замыкания на землю, но и за счет медленного восстановления напряжения на дуговом промежутке.

дуговых перенапряжений при значительной расстройке компенсации;
возможность возникновения многоместных повреждений при

длительном существовании дугового замыкания в сети;
возможность перехода однофазного замыкания в двухфазное при значительной расстройке компенсации;
возможность значительных смещений нейтрали при недокомпенсации и возникновении неполнофазных режимов;
возможность значительных смещений нейтрали при резонансной настройке в воздушных сетях;
сложность обнаружения места повреждения;
опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;
сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как ток поврежденного присоединения очень незначителен.

– нейтраль компенсирована, q= 1; 3 – нейтраль компенсирована, q=

0,9; 4 – нейтраль компенсирована, q= 1,1

выполнении трех условий:
идеально симметрировать сеть;
обеспечить автоматическую подстройку индуктивности

ДГР в резонанс как в нормальном режиме, так и в режиме ОЗЗ к изменяющимся в широких пределах параметрам сети;
обеспечить компенсацию не только основной, но и высших гармонических составляющих токов ОЗЗ.
При невыполнении этих условий неминуемо будет наблюдаться высокая аварийность сетей в основном из-за многоместных повреждений при ОЗЗ.

дугогасящих реакторов) должна предусматриваться при емкостных токах:
более 30 А

при напряжении 3-6 кВ;
более 20 А при напряжении 10 кВ;
более 15 А при напряжении 15-20 кВ;
более 10 А в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ;
более 5 А в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков «генератор–трансформатор».

заземлением нейтрали через дугогасящие реакторы старой конструкции с ручным регулирование

и реакторы с подмагничиванием, но без шунтирующего резистора существует проблема организации селективной защиты от однофазных замыканий на землю.
В данных сетях практически невозможно выполнить условия эффективного применения ДГР
При отсутствии в сети замыкания на землю допускается напряжение смещения нейтрали не выше 15% фазного напряжения длительно и не выше 30% в течение 1 часа. ДГР должны иметь автоматическую настройку компенсации, чтобы в нормальном режиме напряжение несимметрии не превышало 0,75% фазного напряжения.

стран (Германия, Чехия, Швейцария, Австрия, Франция, Италия, Румыния, Польша, Финляндия,

Швеция, Норвегия и др.) широко используется заземление нейтрали через дугогасящий реактор с шунтирующим низковольтным резистором. Низковольтный шунтирующий резистор напряжением 500 В подключается через специальный контактор во вторичную силовую обмотку 500 В дугогасящего реактора.

сети 6-10 кВ через дугогасящий реактор

шунтирующим низковольтным резистором, подключаемым во вторичную силовую обмотку напряжением 500В,

позволяет реализовать селективную защиту от замыканий на землю как с использованием простых токовых защит, так и более сложных направленных защит по направлению тока 3I0 или активной мощности нулевой последовательности.

настроен в резонанс, а шунтирующий резистор отключен. В начальной стадии

замыкания при перемежающихся дугах реактор действует, как дугогасящее устройство и позволяет не отключать поврежденный фидер.
При переходе замыкания в устойчивое, подключается шунтирующий резистор на время от 1 до 3 секунд. Это создает только в поврежденном фидере активный ток 3I0, величина которого определяется сопротивлением резистора и может составлять от 5 до 50А. Этого тока достаточно для селективного срабатывания даже обычной токовой защиты от замыканий на землю поврежденного присоединения.

высокой кратности и многоместных повреждений в сети;
отсутствие необходимости в отключении

первого однофазного замыкания на землю (только для высокоомного заземления нейтрали);
исключение феррорезонансных процессов и повреждений трансформаторов напряжения;
уменьшение вероятности поражения персонала и посторонних лиц при однофазном замыкании (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);
практически полное исключение возможности перехода однофазного замыкания в многофазное (только для низкоомного заземления и быстрого селективного отключения повреждения);
простое выполнение чувствительной и селективной релейной защиты от однофазных замыканий на землю, основанной на токовом принципе.

резистора и значения его сопротивления: ограниченное (1-3 с) и длительное

(до 6 часов) время работы резистора в режиме ОЗЗ
В первом случае применение резистора возможно, если релейная защита быстро отключает поврежденное присоединение с ОЗЗ. Однако, для этого необходимо наличие многократного резервирования электроснабжения и селективных защит. Применяется низкоомный резистор от 100 до 1000 Ом, длительность работы до 3 сек. Сети с малыми емкостными токами замыкания на землю, до 10 А.

где не требуется немедленное отключение поврежденного присоединения.
Применяются высокоомные резисторы 1000

– 10000 Ом. Резисторы постоянно подключены к нейтрали сети и функционирует в режиме ОЗЗ вплоть до устранения аварии. Они не приводят к значительному увеличению токов ОЗЗ и позволяют эффективно подавлять возникновение феррорезонансных процессов.
Применяются при емкостных токах сети до 50 А

три задачи:
1) Полностью ликвидировать возможность возникновения феррорезонансных процессов и снизить

кратность перенапряжений до (2-2,5) Uф;
2) Создать условия для реализации надежной селективной защиты от однофазных замыканий, построенной на принципе появления активного тока в поврежденном фидере;
3) Определить необходимое время эксплуатации резистора в режиме однофазного замыкания на землю (033).

дуговых перенапряжений и феррорезонансных явлений при одновременном обеспечении длительной работы

сети с ОЗЗ на время поиска и отключения поврежденного участка.
Для обеспечения полного разряда емкостей фаз в промежутке между повторными зажиганиями дуги за время 0,008 – 0,01 с сопротивление резистора выбирают из условия, чтобы активная оставляющая тока замыкания на землю была больше емкостного тока Ir ≥ Ic

Rn =Uвн /(Iс∙√3)
Расчетная мощность трансформатора ТЗН и резистора
S ≥ (Uвн)2 /(3∙Rn)
Ток замыкания на землю при равенстве активной и емкостной составляющих будет равен Iз = Ic∙√2

отключение ОЗЗ релейной защитой, при этом обеспечивается подавление перенапряжений и

феррорезонансных явлений
Низкоомное сопротивление включается в нейтраль ТЗН
Сопротивление резистора выбирают исходя из двух условий: предотвращение перенапряжений, резистор должен создавать ток не менее емкостного тока ОЗЗ;
Обеспечение селективного действия защит на отключение ОЗЗ Rn ≤ Uвн/(Iср∙√3), где Iср – максимальный ток срабатывания защиты от ОЗЗ

– наружное; R = 1500 Ом; Время непрерывной работы при номинальном напряжении

– 27 с; Номинальная мощность – 24 кВт; Поглощаемая энергия – 0,65 МДж; Высота – 0,38 м; Диаметр тела – 0,15 м; Масса – 20 кг Подключались по схеме «звезда» к каждой секции шин 10 кВ непосредственно в ЗРУ 10 кВ. Подключение осуществлялось выключателем при появлении напряжения нулевой последовательности, без выдержки времени.

замыкания на землю, как правило, имеет место расстройка компенсации, приводящая

к увеличению тока в месте замыкания и к росту кратности дуговых перенапряжений.
В таких случаях (при остаточном токе не более 5..10А) для снижения дуговых перенапряжении эффективно применение высокоомного резистора (выбираемого на величину тока раскомпенсации), включаемого параллельно реактору. Кроме того, этот резистор уменьшает риск возможных значительных резонансных перенапряжений.

после погасания дуги носит характер биений, частота которых определяется степенью

расстройки компенсации и добротностью колебательного контура. Опасность биений состоит в том, что повторное замыкание может произойти при напряжении, близком к максимуму, что вызывает повышение перенапряжений
Для устранения биений и снижения перенапряжений можно подключить параллельно ДГР резистор Rn=(1,5 – 2)Uф/ΔI, где ΔI – ток расстройки ДГР.
При расстройке 15 – 30% дуговые перенапряжений достигают (2,8 – 3)Uф, что делает неэффективным применение ДГР

(резисторы ООО БОЛИД) показывают уменьшение числа повреждений кабелей и оборудования.

Например, данные о повреждении двигателей на ТЭЦ-2, г. Саратов и ТЭЦ-3 г. Энгельс. Число двигателей на ТЭЦ-2 - 110, на ТЭЦ-3 - 65