Jakie są tryby zazemblowania punktu neutralnego i metody ochrony transformatorów w sieciach energetycznych

Tryb ziemnego punktu neutralnego i ochrona transformatorów w sieciach energetycznych

Dla systemów o napięciu od 110 kV do 500 kV powinna być stosowana skuteczna metoda ziemienia. W szczególności, we wszystkich warunkach pracy, stosunek reaktancji sekwencyjnej zerowej do reaktancji sekwencyjnej dodatniej X₀/X₁ systemu powinien mieć wartość dodatnią i nie przekraczać 3. Ponadto, stosunek oporu sekwencyjnego zerowego do reaktancji sekwencyjnej dodatniej R₀/X₁ powinien również mieć wartość dodatnią i nie przekraczać 1.

W systemach 330 kV i 500 kV punkty neutralne transformatorów są bezpośrednio zziemione.

W sieciach energetycznych 110 kV i 220 kV punkty neutralne większości transformatorów są bezpośrednio zziemione. Dla niektórych transformatorów ich punkty neutralne są zziemione przez luki, ograniczniki przebłyskowe lub połączenie równoległe luków i ograniczników przebłyskowych.

Aby ograniczyć prąd zwarcia jednofazowego w sieci energetycznej, można zastosować niskoreaktancyjne ziemienie punktów neutralnych transformatorów o napięciu 110 kV i wyższym.

Ochrona punktu neutralnego transformatorów 110 kV i 220 kV

Aby ograniczyć prąd zwarcia jednofazowego, uniknąć zakłóceń komunikacyjnych oraz spełnić wymagania dotyczące ustawiania i konfiguracji ochrony relacyjnej, punkt neutralny jednego transformatora jest bezpośrednio zziemiony. Dla pozostałych transformatorów ich punkty neutralne są zziemione przez ograniczniki przebłyskowe, luki ochronne lub połączenie równoległe ograniczników przebłyskowych i luków ochronnych.

Większość transformatorów stosuje schemat ochrony łączący ograniczniki przebłyskowe z lukami rozładowymi. Luki rozładowe zwykle mają strukturę pręt-pręt, a większość ograniczników przebłyskowych to ograniczniki przebłyskowe na podstawie tlenku cynku.

Podział ochrony dla równoległych luków z ogranicznikami przebłyskowymi

Napięcia częstotliwości sieciowej i przełącznikowe są obsługiwane przez luki, podczas gdy napięcia piorunowe i przejściowe są obsługiwane przez ograniczniki przebłyskowe. Jednocześnie, luki służą do ograniczania zbyt wysokich amplitud napięć częstotliwości sieciowej oraz zbyt wysokich napięć residualnych, które mogą wystąpić na ogranicznikach przebłyskowych. Ten podejście nie tylko chroni punkt neutralny transformatora, ale także zapewnia wzajemną ochronę.

Ochrona ogranicznikami przebłyskowymi z tlenku metali

Gdy wystąpi jednofazowe zwarcie i utrata ziemienia, wynikające napięcie nadmiarowe może uszkodzić lub nawet spowodować wybuch ogranicznika przebłyskowego.

Ochrona lukami typu pręt-pręt

Ten rodzaj ochrony stosuje montaż rozdzielony. W praktyce, regulacja odległości często jest nieprecyzyjna, a współśrodkowość jest często słaba. Po rozładowaniu, wytworzone łuk elektryczny będzie erozja elektrod. Pod wpływem impulsu piorunowego powstają fale obcięte, które stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa izolacji sprzętu. Luk ochronny nie może samoczynnie zgaszyć łuku. Zamiast tego, wymagana jest ochrona relacyjna, aby przerwać łuk, co może prowadzić do błędnego działania ochrony relacyjnej.

Równoległa ochrona ogranicznikami przebłyskowymi i lukami

Wymagania koordynacyjne między poziomem ochronnym ogranicznika przebłyskowego, charakterystykami pracy luku typu pręt-pręt i poziomem izolacji punktu neutralnego transformatora są ekstremalnie surowe i trudne do osiągnięcia w praktyce.

Ochrona za pomocą złożonych luków

Do wsparcia mechanicznego są używane złożone izolatory. Elektrody wysokiego i niskiego napięcia są zamocowane na obu końcach izolatora, a elektrody lukowe mają kształt rogów kozich. Jego elektrody rozładowania i zapalające są oddzielone. Oferuje on takie zalety jak dobra współśrodkowość, precyzyjna determinacja odległości, łatwa instalacja i regulacja, silna odporność na ablacje oraz stabilne napięcie rozładowania. Przekonuje nad naturalnymi wadami rozdzielonych montażem luków typu pręt-pręt i jest bardziej odpowiedni do ochrony punktu neutralnego transformatorów.

Zasady ochrony

• Pod wpływem napięcia piorunowego, luk powinien przebić się, aby chronić izolację punktu neutralnego transformatora. Jego napięcie rozładowania impulsu piorunowego powinno być zgodne z poziomem wytrzymałości impulsu piorunowego punktu neutralnego transformatora.

• Gdy wystąpi awaria jednofazowego zwarcia w systemie, izolacja punktu neutralnego powinna być w stanie wytrzymać napięcie nadmiarowe wywołane awarią, a luk nie powinien przebić się, aby zapobiec błędnej akcji ochrony relacyjnej. Gdy wystąpi jednofazowe zwarcie w systemie wraz z utratą ziemienia punktu neutralnego, lub gdy system doświadcza pracy nieliczbowej, awarii rezonansowych itp., prowadzących do napięcia częstotliwości sieciowej przekraczającego pewną amplitudę, luk powinien przebić się, aby zacisnąć punkt neutralny systemu i ograniczyć napięcie nadmiarowe na punkcie neutralnym transformatora.

Ochrona za pomocą sterowanych luków

Sterowany luk składa się głównie z stałego luku, luku kontrolnego i obwodu równoważącego napięcie kondensatora. Luk typu rogi kozie funkcjonuje jako stały luk, a przełącznik próżniowy służy do kontroli automatycznego przebijania się sterowanego luku.

Sterowany luk jest używany równolegle z ogranicznikiem przebłyskowym. Pod wpływem napięć piorunowych i przejściowych, ogranicznik przebłyskowy działa, aby ograniczyć napięcie nadmiarowe, a sterowany luk pozostaje nieaktywny. Gdy w systemie wystąpi awaria jednofazowego zwarcia, to napięcie nadmiarowe nie stanowi zagrożenia dla izolacji punktu neutralnego, więc sterowany luk nie działa.

Gdy wystąpi napięcie częstotliwości sieciowej (np. jednofazowe zwarcie i utrata ziemienia w izolowanym systemie nieziemionym lub praca nieliczba), sterowany luk aktywuje się, aby chronić izolację punktu neutralnego transformatora i ogranicznik przebłyskowy.

Sterowany luk efektywnie rozwiązuje problemy istniejące w przypadku luków, ograniczników przebłyskowych i równoległej ochrony luków typu pręt-pręt i ograniczników przebłyskowych. Równoległe połączenie sterowanego luku i ogranicznika przebłyskowego może efektywnie chronić punkt neutralny transformatora.