5. Защита разземленной нейтрали трансформаторов 110-220 кВ.
Изоляция нейтрали силовых трансформаторов имеет пониженные по сравнению с фазными выводами испытательные напряжения. Поэтому при грозовых и коммутационных перенапряжениях на разземленной нейтрали трансформаторов может появляться напряжение превышающее её уровень изоляции, что приводит к необходимости установки защитных аппаратов.
5.1. Основные положения, которые необходимо учитывать при выборе режима заземления нейтрали трансформаторов.
При проектировании и эксплуатации электрических сетей 110 - 220 кВ с частичным разземлением нейтрали исходят из следующих основных положений:
учитывается отключающая способность выключателей. Режим заземления выбирается таким, чтобы ток однофазного к.з. не превышал номинального тока отключения выключателей.
размещение в сети трансформаторов с разземленной нейтралью должно производиться таким образом, чтобы при оперативных и аварийных коммутациях обеспечить эффективное заземление нейтрали всей сети.
Принимаются все возможные меры для предотвращения выделения участков сети, работающих с неэффективно заземленной или изолированной нейтралью.
в первую очередь разземляются нейтрали трансформаторов, имеющие полную изоляцию.
для повышения чувствительности токовой защиты линии и облегчения её расчета обеспечивается, по возможности, постоянство значений сопротивлений нулевой последовательности станций и подстанций в различных режимах их работы. С этой целью на станциях и узловых подстанциях с двумя и более трансформаторами применяется разземление нейтралей части трансформаторов.
для обеспечения чувствительности токовой защиты нулевой последовательности линий с ответвлениями трансформаторов подстанций на ответвлениях должны иметь, по возможности, наименьшее число заземленных нейтралей. С этой целью, как правило, не заземляются нейтрали трансформаторов без питания со стороны пониженного напряжения. Нейтрали трансформаторов, имеющих питание со стороны пониженного напряжения, заземляются в количестве, достаточном для предотвращения при различных аварийных отключениях возникновения участков сети с изолированной или неэффективно заземленной нейтралью.
для выполнения требований предотвращения недопустимого режима работы в сети с изолированной нейтралью при наличии на станции или подстанции трансформаторов как с заземленной, так и с изолированной нейтралью с питанием со стороны пониженных напряжений предусматривается релейная защита, обеспечивающая отключение трансформатора с изолированной нейтралью или её автоматическое заземление (с помощью короткозамыкателя) до отключения трансформаторов с заземленной нейтралью, работающих на те же шины или участок сети.
В разземленной нейтрали трансформаторов 110 кВ устанавливается оборудование (разъединитель, трансформатор тока) класса 35 кВ с длительно допустимым рабочим напряжением 40,5 кВ. Для изоляции нейтрали трансформатора длительно допустимое рабочее напряжение не нормируется. Однако, поскольку одноминутное испытательное напряжение изоляции нейтрали (100 кВ) несколько выше, чем для оборудования 35 кВ (85 кВ), то, следовательно, длительно допустимое напряжение изоляции нейтрали не должно быть ниже 40,5 кВ.
5.2. Защита разземленной нейтрали трансформаторов 110-220 кВ.
Параметры ОПН для защиты нейтрали трансформаторов 110 кВ, 220 кВ выбираются по трем основным направлениям:
по выдерживанию повышений напряжений промышленной частоты;
по воздействию коммутационных перенапряжений;
по воздействию грозовых перенапряжений.
Напряжение частоты 50 Гц на нейтрали трансформатора появляется при:
разновременности в действии фаз выключателя. Это время составляет обычно доли периода промышленной частоты.
однофазном замыкании на землю в сети и равно
,
где
Uф – наибольшее рабочее фазное напряжение сети,
-
импедансы прямой, обратной и нулевой
последовательности относительно места
к.з.
Длительность режима определяется временем действия релейной защиты
при двухфазном к.з.
,
поскольку
для сети 
=
,то
=
0,6 Uф
Длительность режима определяется временем действия релейной защиты
неполнофазной коммутации (только одна фаза трансформаторного выключателя оказалась включенной). U0=Uф. Время ликвидации неполнофазного режима обычно не превышает 20 мин.
Возможные в эксплуатации повышения напряжения 50 Гц на нейтрали трансформатора и их длительность суммированы в таблице 5.2.1.
Таблица 5.2.1.
|
Напряжение на нейтрали |
Длительность, с |
Примечание |
|
0,6 Uф |
5 |
Время действия релейной защиты |
|
Uф
|
5 |
Время действия релейной защиты |
|
900-1800 |
Возможная ликвидация неполнофазного режима ВЛ в эксплуатации | |
|
1,5-2,0 Uф |
0,05 |
Время разновременности в действии фаз выключателя. |
Поскольку на разземленной нейтрали трансформаторов напряжение появляется кратковременно, то наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение на ОПН определяется, исходя из характеристики напряжение-время.
Требуемый уровень ограничения перенапряжений зависит от уровня выдерживаемых перенапряжений изоляции нейтрали трансформатора и аппаратов, подключенных в нейтраль, определяемых испытательными напряжениями по ГОСТ 1516.3.
Прохождение грозового импульса через обмотку трансформатора искажает импульс и на нейтрали появляется напряжение близкое по форме к коммутационным импульсам. Поэтому допустимые воздействия определяются одноминутным испытательным напряжением изоляции нейтрали и электрооборудования в нейтрали трансформатора. В таблице 5.2.2 приведены минимально допустимые воздействия на изоляцию нейтрали трансформаторов и на электрооборудование, устанавливаемое в нейтрали трансформаторов.
Допустимые воздействия на изоляцию нейтрали трансформаторов и аппаратов в нейтрали.
Таблица 5.2.2
|
Класс напряжения трансформатора, кВ |
110 |
220 |
|
Одноминутное испытательное напряжение изоляции нейтрали трансформатора частоты 50 Гц, кВд |
100 |
200 |
|
Одноминутное испытательное напряжение для внутренней изоляции аппаратов в нейтрали, кВд |
95 |
230 |
|
Амплитуда выдерживаемого внутренней изоляцией нейтрали трансформатора коммутационного импульса, кВ |
170 |
340 |
|
Амплитуда выдерживаемого внутренней изоляцией аппаратов в нейтрали трансформатора коммутационного импульса, кВ |
163
|
396 |
Таким образом, определяющим при защите разземленной нейтрали трансформаторов и подключенных к ней аппаратов является требование ограничения перенапряжений на изоляции аппаратов, установленных в нейтрали трансформаторов. Для ОПН класса напряжения 110-220 кВ защитный уровень определяется при токе 30/60 мкс с амплитудой 500А. Следовательно, ОПН, устанавливаемый в нейтрали трансформаторов 110-220 кВ, должен иметь остающееся напряжение при импульсе тока 30/60 мкс с амплитудой 500А не выше 163 и 396 кВ соответственно для ОПН в разземленной нейтрали трансформаторов 110 и 220 кВ.
Пропускная способность (амплитуда прямоугольного импульса тока длительностью 2000 мкс) ОПН в разземленной нейтрали трансформаторов должна быть не ниже, чем у ограничителей класса 110-220 кВ, т.е. 500А.