Сухой заземляющий трансформатор обеспечивает искусственную точку нейтрали для трехфазных систем, не имеющих естественно доступной нейтрали. После создания точки нейтрали к ней может быть подключен дугогасящий реактор, резистор заземления, реактор нейтрали или другие вспомогательные устройства, формируя полную схему заземления нейтрали совместно с разъединителями, трансформаторами тока, ограничителями перенапряжения или искровыми промежутками.
Какое оборудование может быть подключено к точке нейтрали?
| Оборудование |
Основная функция |
Примечания, связанные с МЭК |
| Дугогасящий реактор / реактор Петерсена |
Компенсирует емкостный ток однофазного замыкания на землю и способствует гашению дуги |
Номинальные значения, кратковременная стойкость и уровни изоляции могут быть определены со ссылкой на МЭК 60076-6 |
| Резистор заземления нейтрали |
Ограничивает ток замыкания на землю, подавляет перенапряжения и обеспечивает обнаруживаемый ток нулевой последовательности |
Сопротивление выбирается на основе фазного напряжения и целевого тока замыкания; кратковременная термическая стойкость должна быть проверена |
| Реактор нейтрали |
Ограничивает ток нулевой последовательности или подавляет резонанс при последовательном соединении с дугогасящим реактором |
Может рассматриваться как реактор заземления нейтрали согласно МЭК 60076-6 |
| Ограничитель перенапряжения / искровой промежуток |
Ограничивает перенапряжения нейтрали и защищает заземляющий трансформатор |
Координация изоляции может быть определена со ссылкой на МЭК 60071-1 и МЭК 60071-2 |
| Трансформатор тока |
Измеряет ток нулевой последовательности для целей защиты, выбора линии с замыканием на землю и мониторинга |
Устанавливается в цепи нейтрали |
| Разъединитель |
Обеспечивает видимый разрыв для технического обслуживания и переключений |
Должен предусматриваться в цепи нейтрали |
| Вторичная нагрузка |
Обеспечивает питание собственных нужд, когда заземляющий трансформатор также выполняет функции трансформатора собственных нужд подстанции |
Вторичная мощность должна рассчитываться отдельно |
Сухие заземляющие трансформаторы обычно используют схему соединения зигзаг, например, ZNyn11 или ZNvn11. В нормальном режиме работы они представляют высокое сопротивление для токов прямой и обратной последовательности и пропускают лишь небольшой ток намагничивания. При однофазном замыкании на землю они представляют низкое сопротивление для тока нулевой последовательности, позволяя ему протекать через нейтраль к дугогасящему реактору или заземляющему резистору.
Когда целесообразно применение дугогасящего реактора?
Дугогасящие реакторы применяются в сетях с неэффективно заземленной нейтралью, также известных как сети с резонансным заземлением или сети с малым током замыкания на землю.
Типичные условия применения включают:
- Системы среднего напряжения, такие как 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ, 35 кВ и 66 кВ.
- Системы, в которых емкостный ток однофазного замыкания на землю превышает допустимый предел для изолированной нейтрали, но требуется продолжение кратковременной работы при замыкании на землю.
- Сети с высокими требованиями к надежности электроснабжения, такие как сельские распределительные сети, шахты, нефтяные промыслы, химические заводы, металлургические комбинаты, больницы и промышленные предприятия с непрерывным технологическим циклом.
- Сети с воздушными линиями или смешанные воздушные и кабельные сети с частыми переходными замыканиями на землю.
- Работа в режиме перекомпенсации для избежания последовательного резонанса, вызванного почти полной компенсацией.
Резонансное заземление позволяет ограничить коммутационные перенапряжения при однофазных замыканиях на землю. Однако резонанса все равно следует избегать, и могут возникать более высокие перенапряжения, если компенсирующее оборудование неисправно или неправильно настроено.
Рекомендации по выбору:
- Если емкостный ток замыкания на землю превышает предел, допустимый для системы с изолированной нейтралью, и требуется кратковременная работа в аварийном режиме, может быть рассмотрено применение дугогасящего реактора. Точный предел должен определяться в соответствии с применимыми национальными стандартами, требованиями местных энергосистем и техническими характеристиками оборудования.
- При высоком емкостном токе, особенно в полностью кабельных сетях, может быть предпочтительным заземление через низкоомный резистор или комбинированная схема заземления.
- Когда емкостный ток близок к границе выбора, может быть принята комбинированная схема: дугогасящий реактор работает в нормальных условиях, а параллельный резистор подключается с выдержкой времени для отключения устойчивых замыканий на землю.
Когда целесообразно применение заземляющего резистора?
Заземляющие резисторы подразделяются на низкоомное заземление и высокоомное заземление.
Низкоомное заземление
Типичные области применения включают кабельные сети 6 кВ–35 кВ, городские распределительные системы, промышленные системы электроснабжения и системы собственных нужд электростанций.
Основные характеристики:
- Ток замыкания на землю относительно высок, обычно ограничивается несколькими сотнями ампер.
- Защита от замыканий на землю нулевой последовательности может надежно обнаруживать повреждение.
- Поврежденные фидеры могут быть быстро отключены.
- Переходные перенапряжения эффективно ограничиваются.
- Надежность электроснабжения ниже, чем в системах с резонансным заземлением, поскольку поврежденная цепь отключается.
Соображения по выбору:
- Подходит для полностью кабельных сетей и городских подземных распределительных систем.
- Предпочтительно, когда требуется быстродействующая защита, точное определение места повреждения и селективное отключение.
- Заземляющий трансформатор, заземляющий резистор и коммутационная аппаратура должны быть проверены на кратковременную термическую стойкость на основе ожидаемого тока замыкания на землю и времени отключения повреждения.
Значение сопротивления можно предварительно оценить как:
R = V_ln / I_f
где V_ln — фазное напряжение системы относительно нейтрали, а I_f — целевой ток однофазного замыкания на землю. Это выражение является упрощенной основой для выбора. Окончательное значение также должно учитывать колебания напряжения в системе, схему заземления, настройки защиты, емкостный ток и тепловые пределы оборудования.
Высокоомное заземление
Высокоомное заземление применяется там, где необходимо ограничить ток замыкания на землю, подавить резонансные перенапряжения и допустима кратковременная продолжение работы.
Основные характеристики:
- Ток замыкания на землю обычно ограничивается несколькими амперами до нескольких десятков ампер.
- Система может временно продолжать работу, но повреждение должно быть быстро локализовано и устранено.
- Обычно применяется на выводах генераторов, в системах собственных нужд и малых распределительных системах.
Дугогасящий реактор или низкоомное заземление
| Сравнение |
Заземление с дугогасящей катушкой |
Заземление с низким сопротивлением |
| Ток замыкания на землю |
Низкий остаточный ток |
Обычно несколько сотен ампер |
| Обработка замыканий |
Гашение дуги; возможно кратковременное продолжение работы |
Быстрое отключение поврежденного фидера |
| Непрерывность электроснабжения |
Выше |
Ниже |
| Контроль перенапряжений |
Ограничивает переходные перенапряжения; необходимо избегать резонанса |
Эффективное ограничение перенапряжений |
| Защита |
Зависит от выбора линии замыкания на землю; отключение не всегда происходит мгновенно |
Защита нулевой последовательности отключает поврежденную цепь |
| Типичные сети |
Воздушные или смешанные сети с высокими требованиями к надежности |
Кабельные сети, городские и промышленные распределительные системы |
сухой заземляющий трансформатор
Защита и требования к эксплуатации нейтральной точки
Помимо основного оборудования нейтрали, следует рассмотреть следующие меры защиты и эксплуатации:
- Следует установить разъединитель для обеспечения видимой точки разрыва.
- Следует предусмотреть трансформатор тока для измерения тока нулевой последовательности, защиты и выбора поврежденной линии при замыкании на землю.
- Ограничители перенапряжения или искровые промежутки следует предусмотреть для ограничения перенапряжений в нейтрали.
- Заземляющий трансформатор должен быть оснащен защитой от сверхтоков нулевой последовательности, согласованной со схемой заземления системы.
- Как правило, на одном участке сборных шин должна быть подключена нейтраль только одного заземляющего трансформатора с применением блокировки положения.
- Системы с резонантным заземлением нейтрали должны быть оснащены устройствами выбора поврежденной линии при однофазном замыкании на землю.
- Системы с низкоомным заземлением нейтрали должны обеспечивать надежное срабатывание защиты нулевой последовательности и проверять термическую стойкость заземляющего резистора.
- Уровни изоляции должны проверяться путем координации изоляции в соответствии со стандартами IEC 60071-1 и IEC 60071-2.
Рекомендации по выбору
- Когда сторона низкого напряжения главного трансформатора соединена в треугольник и не имеет доступной нейтрали, следует предусмотреть заземляющий трансформатор.
- Когда емкостный ток замыкания на землю относительно невелик и допустима кратковременная продолжительная работа, часто предпочтительнее использовать дугогасящий реактор.
- Когда в сети много кабельных линий, высокий емкостный ток и требуется быстрое отключение повреждения, часто более подходящим является низкоомное заземление нейтрали.
- Когда емкостный ток близок к границе выбора, может быть принята комбинированная схема: дугогасящий реактор работает в нормальных условиях, а при устойчивых замыканиях на землю включается параллельный резистор.
- Мощность заземляющего трансформатора должна соответствовать оборудованию нейтрали. При заземлении с дугогасящим реактором трансформатор должен удовлетворять мощности реактора, требованиям к кратковременному режиму работы и термической стойкости. При резистивном заземлении его следует проверять по кратковременному току замыкания на землю и длительности повреждения. Если заземляющий трансформатор также питает собственные нужды, мощность вторичной нагрузки должна рассчитываться отдельно.
- Типичные кратковременные номиналы включают 10 с, 30 с и 60 с, но окончательное значение должно определяться в соответствии с временем срабатывания защиты, условиями эксплуатации системы и техническими характеристиками производителя.
- Цепь нейтрали должна быть спроектирована как комплектное распределительное устройство, включающее разъединители, трансформаторы тока, ограничители перенапряжения или искровые промежутки, а также необходимые устройства защиты.
Таким образом, нейтраль сухого заземляющего трансформатора в основном используется для подключения дугогасящего реактора, заземляющего резистора и сопутствующего оборудования защиты и измерений. Заземление с дугогасящим реактором более подходит для сетей, требующих высокой непрерывности электроснабжения и контролируемых токов замыкания на землю.
Низкоомное заземление более подходит для городских и промышленных сетей с развитой кабельной сетью, где требуется быстрое отключение повреждений. Окончательные параметры и выбор оборудования должны соответствовать применимым стандартам МЭК, местным правилам эксплуатации электросетей и техническим условиям производителя оборудования.
Вход
