Які є режими заземлення нейтральної точки та методи захисту трансформаторів у мережах електропостачання

Режими заземлення нейтральної точки та захист трансформаторів в електромережах

Для систем від 110 кВ до 500 кВ повинен бути прийнятий ефективний спосіб заземлення. Зокрема, у всіх режимах роботи співвідношення нуль-послідовного реактивного опору до додатно-послідовного реактивного опору X₀/X₁ системи має бути додатнім значенням і не перевищувати 3. Водночас, співвідношення нуль-послідовного опору до додатно-послідовного реактивного опору R₀/X₁ також має бути додатнім значенням і не перевищувати 1.

У системах 330 кВ і 500 кВ нейтральні точки трансформаторів заземлені безпосередньо.

У мережах 110 кВ і 220 кВ нейтральні точки більшості трансформаторів заземлені безпосередньо. Для деяких трансформаторів їх нейтральні точки заземлені через проміжки, грозозахисні пристрої або паралельне поєднання проміжків та грозозахисних пристроїв.

Для обмеження однофазного короткосхідного струму в електромережі можна застосовувати заземлення нейтральних точок трансформаторів напругою 110 кВ і вище з низьким реактивним опором.

Захист нейтральної точки трансформаторів 110 кВ і 220 кВ

Для обмеження однофазного короткосхідного струму, уникнення перешкод у зв'язку та задоволення вимог до налаштування та конфігурації реле-захисту, нейтральна точка одного трансформатора заземлена безпосередньо. Для решти трансформаторів їх нейтральні точки заземлені через грозозахисні пристрої, захисні проміжки або паралельне поєднання грозозахисних пристроїв та захисних проміжків.

Більшість трансформаторів використовує схему захисту, яка поєднує грозозахисні пристрої з розрядними проміжками. Розрядний проміжок зазвичай має структуру "паличка-паличка", а більшість грозозахисних пристроїв сконфігуровані як оксид цинку грозозахисні пристрої.

Поділ захисту для паралельних проміжків з грозозахисними пристроями

Електричні частотні та комутаційні наднапруги обробляються проміжками, тоді як грозові та транзитні наднапруги беруть на себе грозозахисні пристрої. Одночасно, проміжки служать для обмеження надмірно високих амплітуд частотних наднапруг і надмірно високих залишкових напруг, які можуть виникнути на грозозахисних пристроях. Цей підхід не тільки захищає нейтральну точку трансформатора, але й забезпечує взаємний захист.

Захист металевими оксидними грозозахисними пристроями

При виникненні однофазного заземлення та втрати заземлення, виникаюча наднапруга може пошкодити або навіть викликати вибух грозозахисного пристрою.

Захист розрядними проміжками "паличка-паличка"

Цей тип захисту використовує роздільну установку. На практиці, регулювання відстані часто є неточним, а концентричність часто недостатня. Після розряду виникаюча дуга може вирізати електроди. При грозовому імпульсі утворюються обрізані хвилі, які становлять загрозу для ізоляційної безпеки обладнання. Захисний проміжок не може самостійно згасити дугу. Замість цього, потрібно використовувати реле-захист для переривання дуги, що може призвести до невірної роботи реле-захисту.

Паралельний захист грозозахисними пристроями та проміжками

Вимоги до координації між рівнем захисту грозозахисного пристрою, характеристиками роботи проміжку "паличка-паличка" та рівнем ізоляції нейтральної точки трансформатора є надзвичайно жорсткими і важко досяжними на практиці.

Захист композитними проміжками

Для механічної підтримки використовуються композитні ізолятори. Високовольтові та низьковольтові електроди фіксуються на обох кінцях ізолятора, а електроди проміжків мають форму кізьких рогів. Його розрядні електроди та електроди запалення дуги розділені. Це має переваги, такі як хороша концентричність, точне визначення відстані, зручна встановлення та налагодження, висока стійкість до абразивного впливу та стабільне розрядне напруга. Це подолує врождені недоліки роздільно встановлених проміжків "паличка-паличка" і є більш придатним для захисту нейтральної точки трансформаторів.

Принципи захисту

• Під впливом грозової наднапруги, проміжок має пробитися, щоб захистити ізоляцію нейтральної точки трансформатора. Його грозова імпульсна розрядна напруга має бути узгоджена з грозовою імпульсною стійкістю нейтральної точки трансформатора.

• При виникненні однофазної аварії в системі, ізоляція нейтральної точки повинна витримати наднапругу, що виникає через аварію, і проміжок не повинен пробитися, щоб уникнути невірної роботи реле-захисту. Коли в системі виникає однофазне заземлення разом з втратою заземлення, або коли система діє в неповному фазовому режимі, резонансні аварії тощо, що призводить до частотної наднапруги, що перевищує певну амплітуду, проміжок повинен пробитися, щоб зажати нейтральну точку системи та обмежити наднапругу на нейтральній точці трансформатора.

Захист керованими проміжками

Керований проміжок головним чином складається з фіксованого проміжку, керованого проміжку та контурів рівномірного розподілу напруги конденсатором. Проміжок "кізькі роги" виконує роль фіксованого проміжку, а вакуумний вимикач використовується для керування автоматичним пробоєм керованого проміжку.

Керований проміжок використовується паралельно з грозозахисним пристроєм. При грозових та транзитних наднапругах, грозозахисний пристрій працює, щоб обмежити наднапругу, а керований проміжок не активується. Коли в системі виникає однофазна аварія, ця наднапруга не становить загрози для ізоляції нейтральної точки, тому керований проміжок не працює.

При виникненні частотної наднапруги (такої як однофазне заземлення та втрата заземлення у відокремленій незаземленій системі або неповний фазовий режим), керований проміжок активується, щоб захистити ізоляцію нейтральної точки трансформатора та грозозахисний пристрій.

Керований проміжок ефективно вирішує проблеми, які існують у проміжках, грозозахисних пристроях та паралельному захисті проміжків "паличка-паличка" та грозозахисних пристроях. Паралельне поєднання керованого проміжку та грозозахисного пристрою може ефективно захищати нейтральну точку трансформатора.