Расчет уставки токов замыкания на землю. Как работает сеть трехфазного тока с изолированной нейтралью. Что такое емкостный ток

Пояснительная записка.

Компенсация емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35кВ.

Введение. Самым частым видом повреждения (до 95%) в сетях 6, 10, 35 кВ являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), сопровождающиеся протеканием через место замыкания емкостного тока и перенапряжениями высокой кратности на элементах сети (двигателях, трансформаторах) в виде высокочастотного переходного процесса. Такие воздействия на сеть приводят в лучшем случае к срабатыванию земляных защит. Отыскание поврежденного присоединения представляется трудоемкой и длительной организационной задачей – поочередное отключение присоединений затягивается на продолжительное время и сопровождается комплексом оперативных переключений для резервирования потребителей. И, как правило, большинство междуфазных замыканий начинается с ОЗЗ. Развитие однофазных замыканий на землю сопровождается разогревом места замыкания, рассеиванию большого количества энергии в месте ОЗЗ и заканчивается отключением потребителя уже защитой МТЗ при переходе ОЗЗ в короткое замыкание. Изменить ситуацию можно применением резонансного заземления нейтрали.

Защита от проникновения обеспечивает возможность обнаружения высокоомных замыканий на землю, обеспечивая альтернативное решение для достижения более высокой чувствительности, чем обычная защита от замыканий на землю. Эта дополнительная функциональность повышает чувствительность защиты от повторного включения, особенно в сетях с высоким сопротивлением и компенсированной землей, где ток утечки резистивного заземления обычно ниже традиционных уровней обнаружения защиты. Исследуя действительные и реактивные компоненты нейтрального входа, можно установить защитные зоны, предназначенные для реклоузеров, обеспечивая большую чувствительность и надежность для всех установок.

Токи замыкания. При ОЗЗ на землю через место повреждения протекает емкостный ток, обусловленный наличием электрической емкости между фазами сети и землей. Емкость сконцентрирована, в основном, в кабельных линиях, длина которых и определяет общий емкостный ток ОЗЗ (ориентировочно на 1 А емкостного тока приходится 1 км кабеля).

В последние десятилетия популярность прочно обоснованного сетевого дизайна переживает общий спад. Основной причиной этого снижения является то, что замыкания на землю в сетях с заземлением обычно имеют высокие токи замыкания на землю. Несмотря на снижение безопасности, большая величина замыкания на землю означает, что реле, подключенные к этой сети, будут испытывать значительное увеличение нейтрального тока в условиях сбоя. Это позволяет повысить надежность защиты от замыканий на землю.

Однако, принимая во внимание последствия для безопасности сети и, в частности, риск лесных пожаров, часто выгодно применять схемы ограничения тока замыкания на землю в питателе. Когда реализованы методы ограничения замыкания на землю, уровни замыкания на землю часто проводятся ниже уровней обнаружения для обычных реле, и для обнаружения наличия неисправности требуются дополнительные методы. Это уменьшение величины замыкания на землю предполагает, что инженеры по защите должны использовать новые методы для обнаружения замыканий на землю с достаточной чувствительностью в сетях с высоким импедансом.

Виды ОЗЗ. Все ОЗЗ делятся на глухие (металлические) и дуговые. Наиболее частым (95% всех ОЗЗ) и наиболее опасным видом ОЗЗ являются дуговые ОЗЗ. Опишем каждый вид ОЗЗ отдельно.

1) с точки зрения уровней перенапряжений на элементах сети наиболее безопасны металлические замыкания на землю (например, падение провода воздушной ЛЭП на землю). В этом случае через место пробоя протекает емкостный ток, не сопровождающийся большими перенапряжениями в виду специфики такого рода ОЗЗ.

Ответ на этот вызов - защита доступа. Проще говоря, защита доступа - это мера «легкость, с которой текущий выходит из системы». Чем больше значение нейтральной адмитанса, тем легче выходить ток из цепи. При установке максимального предела, на котором это значение может достигать, защита допуска устанавливает алгоритм, который определяет отключение даже в тех случаях, когда ток замыкания на землю имеет низкую величину. В условиях замыкания на землю соответствующий импеданс уменьшается, а пропускная способность увеличивается.

С точки зрения сетевой защиты, допуска и увеличения условий сбоя становится легче рассчитать и понять параметр. Просто, чем больше критика является виной, тем больше допустимость. При определении предельной величины, при которой может достигать значение допуска, срабатывание защиты от замыканий на землю устанавливается, даже когда отдельные отклонения напряжения или тока малы. Именно поэтому защита от проникновения считается неоценимой в случае сетей с высоким импедансом или в случае защиты линий с низким током замыкания на землю.

2) особенность дуговых ОЗЗ - наличие электрической дуги в месте ОЗЗ, которая является источником высокочастотных колебаний, сопровождающих каждое ОЗЗ.

Способы подавления токов ОЗЗ. Существует два способа подавления токов ОЗЗ.

1) отключение поврежденного присоединения – этот способ ориентирован на ручное либо автоматическое (с использованием средств РЗА) отключение. При этом потребитель в соответствии с категорией переводится на резервное питание или остается без питания. Нет напряжения на поврежденной фазе – нет тока через место пробоя.

Пример конфигурации зоны защиты от проникновения. На практике замыкание на землю представляет собой комбинацию реактивных эффектов и резистивного компонента. Анализируя каждый из этих эффектов независимо, можно сделать вывод о наличии неисправности, даже если номинальное значение отдельных компонентов замыкания на землю оказывается небольшим. Дополнительное преимущество использования этого метода связано с полярностью векторов, поскольку компоненты допуска могут быть определены в зависимости от направления в результате знака значения.

2) компенсация емкостного тока в месте замыкания установленным в нейтрали сети реактором, обладающим индуктивными свойствами.

Суть компенсации емкостных токов ОЗЗ. Как было замечено, при замыкании фазы на землю (пробое) через место ОЗЗ протекает емкостный ток. Этот ток при ближайшем рассмотрении обусловлен емкостями двух оставшихся (неповрежденных) фаз, заряженных до линейного напряжения. Токи этих фаз, сдвинутые друг относительно друга на 60 электрических градусов, суммируются в точке повреждения и имеют по величине тройное значение фазного емкостного тока. Отсюда и определяется величина тока ОЗЗ через место повреждения: . Этот емкостный ток можно скомпенсировать индуктивным током дугогасящего реактора (ДГР), установленного в нейтраль сети. При ОЗЗ в сети на нейтрали любого присоединенного к ней трансформатора, обмотки которого соединены в звезду, появляется фазное напряжение, которое, если имеется вывод нейтрали, присоединенный к высоковольтной обмотке реактора L, инициирует индуктивный ток реактора через место пробоя. Этот ток направлен встречно емкостному току ОЗЗ и может его компенсировать при соответствующей настройке реактора (рис. 1)

Таким образом, защита от замыкания на землю может быть достигнута за счет использования защиты от проникновения. На рисунке 1 показан пример использования допустимых диапазонов проводимости и значений восприимчивости, при этом защита срабатывает, как только величина в прямом или обратном направлениях превышает рассчитанные пределы нейтральной допуска.

Традиционно защита на входе была доступна только на напряжениях на уровне передачи. С улучшением стабильности напряжения и баланса в распределительных сетях стало возможным использовать характеристики адмитанса как более точный метод обнаружения неисправностей.

Рис. 1 Пути прохождения токов ОЗЗ через элементы сети

Необходимость автоматической настройки в резонанс. Для достижения максимальной эффективности ДГР контур, образованный емкостью всей сети и индуктивностью реактора – контур нулевой последовательности сети (КНПС) - должен быть настроен в резонанс на частоте сети 50 Гц. В условиях постоянных переключений в сети (включений/отключений потребителей) емкость сети изменяется, что приводит к необходимости применения плавнорегулируемых ДГР и автоматической системы компенсации емкостных токов ОЗЗ (АСКЕТ). К слову сказать, применяемые в настоящее время ступенчатые реакторы типа ЗРОМ и др. настраиваются вручную, исходя из расчетных данных о емкостных токах сети, и поэтому не обеспечивают резонансной настройки.

Мировые распределительные сети развиваются для обеспечения более высокого уровня безопасности и управления рисками. Хотя традиционные заземленные сети генерируют высокие токи повреждения, они позволяют разрабатывать упрощенные схемы защиты. Риск этих высоких токов повреждения мотивирует наших клиентов на глобальном уровне к внедрению высокоомных заземляющих систем, требующих более сложных защит для ограничения таких токов. Защита доступа - одно из решений, которые мы сейчас предлагаем для этих систем.

Защита от проникновения - идеальное решение для защиты сетей с высокоомными, компенсированными нейтральными или не заземленными сетями. В эпоху, когда эффективность сети и точность защиты для уменьшения лесных пожаров имеют первостепенное значение, защита допуска обеспечивает экономичное решение для обнаружения замыкания на землю, где требуется большая чувствительность и точность.

Принцип действия АСКЕТ. КНПС настраивается в резонанс устройством автоматической регулировки компенсации типа УАРК.101М, работающим на фазовом принципе. На вход УАРК.101М подаются опорный сигнал (линейное напряжение) и сигнал 3Uo с измерительного трансформатора (например, НТМИ). Для правильной и устойчивой работы АСКЕТ необходимо создать искусственную несимметрию в сети, что делается источником возбуждения нейтрали (ИВН) - либо включением высоковольтной конденсаторной батареи в одну из фаз сети, либо установкой специального несимметричного трансформатора типа ТМПС со встроенным ИВН (с возможностью регулирования коэффициента трансформации с дискретностью 1,25 % фазного напряжения). В последнем случае величина напряжения 3Uo в режиме резонанса и устойчивость работы АСКЕТ остаются постоянными при изменении конфигурации сети (см. формулы ниже). В нейтраль этого же трансформатора устанавливается ДГР (например, типа РДМР). Таким образом, АСКЕТ представляется в виде системы ТМПС+РДМР+УАРК.101М.

Если вы посмотрите на глобальную практику работы сетей среднего напряжения, вы ясно увидите. что в отличие от Мексики, где используется только прочная заземленная нейтраль, а нейтральная через сопротивление, в других странах нейтральная с сопротивлением или в его случае чаще применяется катушка Петерсена. То есть, в мире в сетях среднего напряжения, в отличие от высоковольтных сетей, используются четыре возможных нейтральных варианта заземления. Нейтральное выделение; Нейтраль через катушку Петерсена; Нейтральное сопротивление; Нейтрально прочно обоснован.

О соотношении величин естественной и искусственной несимметрии. В сети с изолированной нейтралью напряжение на разомкнутом треугольнике НТМИ с учетом коэффициента трансформации соответствует напряжению естественной несимметрии. Величина и угол этого напряжения нестабильны и зависят от различных факторов (погодных,…..и т. д.), поэтому для правильной работы АСКЕТ необходимо создать более стабильный сигнал как по величине, так и по фазе. Для этой цели в КНПС вводится источник возбуждения нейтрали (источник искусственной несимметрии ). Если использовать терминологию теории автоматического управления, искусственная несимметрия представляет собой полезный сигнал, используемый для управления КНПС, а естественная – помеха, от которой необходимо отстроиться путем выбора величины искусственной несимметрии. В сетях с наличием кабельных линий с емкостным током 10 и более ампер величина естественной несимметрии, как правило, очень мала . П.5.11.11. ПТЭЭСиС ограничивает величину напряжения несимметрии (естественной + искусственной) в сетях, работающих с компенсацией емкостного тока, на уровне 0,75% фазного напряжения, а максимальную степень смещения нейтрали на уровне не выше 15% фазного напряжения. На разомкнутом треугольнике НТМИ эти уровни будут соответствовать значениям 3Uo= 0,75В и 15В. Максимальная степень смещения нейтрали возможна в режиме резонанса (рис.2).

Например, в Мексике правила компенсации тока короткого замыкания не существуют. в Российской Федерации должна быть использована некоторая компенсация тока короткого замыкания. значения емкостного тока линий в нормальных условиях работы. Нейтральное сопротивление.

Токи в переходных режимах ОЗЗ

Нейтральные режимы в сетях среднего напряжения. При нейтральном методе нейтральная точка источника питания не подключена к земле. В распределительных сетях 8-5 кВ обмотки силовых трансформаторов обычно соединены в дельта, поэтому точка. Нейтральный физически отсутствует. Хотя этот метод, в Мексике не широко используется, существует ряд. причины их применения в таких странах, как Россия и Финляндия. В случае России использование изолированной нейтрали связано исторически, поскольку в советское время необходимо было развивать электрическую сеть. и энергично управлять всей страной быстро, эффективно и экономично; Используйте нейтраль прочно.

Приведем ниже формулы для расчета напряжения 3Uo в режиме резонанса для двух способов создания искусственной несимметрии:

1) в случае применения конденсатора Co

,

где - угловая частота сети, 314,16 с-1,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image006_44.gif" width="24" height="23 src=">- фазная ЭДС, В,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image008_37.gif" width="29" height="27">- коэффициент трансформации по 3Uo измерительного трансформатора, в сети 6 кВ – 60/, в сети 10 кВ - 100/http://pandia.ru/text/79/550/images/image010_32.gif" width="97" height="51">,

Приземление требует дополнительных затрат, времени и технического обслуживания для создания точек заземления. на определенном расстоянии, что в то время не было экономически жизнеспособным. Рисунок 2 - Схема подключения двух трансформаторов с изолированной нейтралью. Однофазный замыкание на землю с изолированной нейтралью принимается так, как если бы это была одна ошибка. Допуск поврежденной фазы параллелен неисправности, а напряжение в фазе равно нулю. Таким образом, ток через указанную емкость не течет, токи короткого замыкания минимальны. и можно предположить, что напряжение источника питания остается неизменным.

где Ксм – переключаемый коэффициент смещения фазы В специального трансформатора.

Из формул видно, что в случае применения конденсатора Co величина 3Uo в точке резонанса зависит от емкостного тока сети (), а в случае применения специального несимметричного трансформатора не зависит.

Минимальное значение 3Uo выбирается, исходя из условия надежной работы устройства УАРК.101М, и составляет 5В.

Ток короткого замыкания обусловлен суммой емкостных токов других фаз и их распределением. Ток замыкания на землю определяется выражением. Рисунок 3 - Распределение токов при однофазном замыкании на землю с изолированной нейтралью. Во время однофазной неисправности заземлить катушку. Петерсен создает на месте неисправности индуктивный ток, практически равный емкостной сети. Таким образом, общий ток в месте разлома почти равен нулю.

Рисунок 4 - Сеть катушек Петерсена Этот метод долгое время использовался в России в сетях с большими токами. Емкостный. На практике мощность катушки. Петерсен выбирается в отношении емкостного тока и перспектив. развития сети от отношения. Мощность трансформатора связи катушки. выбирает равную или большую мощность катушки Петерсена.

В вышеприведенных формулах не учитывается величина напряжения естественной несимметрии сети ввиду ее небольших значений..jpg" width="312" height="431">

Рис. 3 Векторы напряжений в резонансно-заземленной сети

Выводы:

Точная автоматическая компенсация емкостного тока ОЗЗ является бесконтактным средством дугогашения и по сравнению с сетями, работающими с изолированной нейтралью, с резистивно-заземленной, с частично компенсируемой, а также с комбинированно заземленной нейтралью имеет следующие преимущества:

Рисунок 5 - Схематический эквивалент сети во время короткого замыкания с катушкой Петерсена. В общей сложности он состоит из параллельных емкостей всех фаз относительно земли и индуктивности катушки Петерсена. Рисунок 6 - Однофазное замыкание на землю в сети 10 кВ с катушкой Петерсена. Когда имеется резонансная установка катушки Петерсена, ток в месте повреждения теоретически равен нулю.

Определение ёмкостных токов

В реальных сетях существует утечка тока из-за изоляции, сопротивления катушки Петерсена и сопротивления на месте повреждения, которые приводят к появлению остаточного тока. При настройке катушки Петерсена в резонансе и пренебрежении ее сопротивлением в неисправности мы будем иметь. Министерство энергетики Москвы: А. «Перенапряжения в сетях 6-35 кВ».

уменьшает ток через место повреждения до минимальных значений (в пределе до активных составляющих и высших гармоник), обеспечивает надежное дугогашение (предотвращает длительное воздействие заземляющей дуги) и безопасность при растекании токов в земле;

облегчает требования к заземляющим устройствам;

ограничивает перенапряжения, возникающие при дуговых ОЗЗ, до значений 2,5-2,6 Uф (при степени расстройки компенсации 0-5%), безопасных для изоляции эксплуатируемого оборудования и линий;

Установка изолирована от земли или точки источника питания, как правило, нейтральной, заземляется через импеданс, заземления заземляются либо вместе, либо отдельно, либо группами. Требуется постоянный контроллер изоляции. . Величина тока утечки. При отсутствии неисправности токи утечки в основных фазах практически равны и не соответствуют фазе на 120 °, поэтому их векторная сумма равна нулю.

Примечание. Гипотеза балансных фазных напряжений относительно земли требует наличия нагрузок, естественные утечки которых сбалансированы относительно земли, что редко бывает. Массы которых коллективно заземлены, распределены нейтрально, в ситуации первой неудачи изоляции. Напряжение на клеммах сопротивления заземления и падение напряжения в нейтральном проводнике. Если есть вторая ошибка замыкания на землю, либо на другой фазе, либо на нейтральном проводнике, требуется быстрое отключение источника питания.

значительно снижает скорости восстанавливающихся напряжений на поврежденной фазе, способствует восстановлению диэлектрических свойств места повреждения в сети после каждого погасания перемежающейся заземляющей дуги;

предотвращает набросы реактивной мощности на источники питания при дуговых ОЗЗ, чем сохраняется качество электроэнергии у потребителей;

Для управления прерыванием подачи необходимо учитывать два случая. В этом случае сопротивление заземления не находится на пути тока повреждения. В результате интенсивность второго тока короткого замыкания должна быть очень высокой, чтобы можно было использовать устройства защиты от перегрузки по току, автоматические выключатели или предохранители.

В одном из возможных случаев два дефекта могут появляться последовательно в конце двух схем установки, наиболее удаленных друг от друга и от источника. Показано, что в наиболее неблагоприятном случае импеданс контура ошибки в два раза превышает сопротивление контура защищаемой цепи. Поэтому необходимо удвоить импеданс контура схемы для расчета уровня подозрительного второго тока повреждения и установки его устройства защиты от перегрузки по току.

предотвращает развитие в сети феррорезонансных процессов (в частности, самопроизвольных смещений нейтрали), если выполняются ограничения в отношении применения плавких предохранителей на линиях электропередачи;

исключает ограничения по статической устойчивости при передаче мощности по линиям электропередачи.

При компенсации емкостных токов воздушные и кабельные сети могут длительно работать с замкнувшейся на землю фазой.

Литература:

1. Лихачев на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. – 152 с.

2. Обабков адаптивных систем управления резонансными объектами. Киев: Наукова думка, 1993. – 254 с.

3. Фишман В. Способы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Точка зрения проектировщика. Новости Электротехники, №2, 2008

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской федерации. РД 34.20.501-издание. Москва, 1996.

Главный инженер


Рис. 2 Примеры резонансных характеристик КНПС


Рис. 4 Реакция резонансно-заземленной сети на дуговой пробой

Страница 1 из 5

Замыкание фазы на землю в сетях, работающих с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов
В трехфазной электрической сети, работающей с изолированной нейтралью, о замыкании фазы на землю узнают по показаниям вольтметров контроля изоляции. Вольтметры подключаются к зажимам основной вторичной обмотки трехфазного трехобмоточного трансформатора напряжения серии НТМИ, каждая фаза которого имеет отдельный броневой магнитопровод, рассчитанный на длительное повышение индукции. При металлическом замыкании фазы на землю (рис. 10.1, а) обмотка трансформатора напряжения поврежденной фазы сети оказывается замкнутой накоротко и показание ее вольтметра снизится до нуля. Две другие фазы будут находиться под линейным напряжением. Индукция в магнитопроводах этих фаз возрастет в √3 раз, и вольтметры покажут линейные напряжения.
В точке замыкания фазы на землю проходит ток, равный геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз:

Где I с - ток замыкания на землю, А;
С - емкость сети, Ф;
w=2pf - угловая частота, с-1.
Чем протяженнее сеть, тем больше ее емкость и, следовательно, тем больше ток замыкания на землю.
Замыкание фазы на землю не изменяет симметрии линейных напряжений и не нарушает электроснабжения потребителей. Однако опасность замыкания фазы на землю состоит в том, что в месте повреждения обычно возникает перемежающаяся заземляющая дуга, длительное горение которой при большом емкостном токе приводит к тепловому эффекту и значительной ионизации окружающего пространства, что создает благоприятные условия для возникновения междуфазных КЗ. Прерывистый характер горения заземляющей дуги приводит к опасным перенапряжениям (до 3,2U Ф), распространяющимся по всей сети. Если при этом на отдельных участках сети изоляция окажется пониженной (например, вследствие загрязнения и увлажнения), то дуговые перенапряжения могут привести к междуфазным перекрытиям и аварийным отключениям оборудования. Но даже при отсутствии дуговых перенапряжений само по себе повышение до линейного напряжения двух фаз уже может привести к пробою дефектной изоляции.
Назначение дугогасящих реакторов. Задача эксплуатации состоит в том, чтобы уменьшить ток замыкания на землю и тем самым обеспечить быстрое погасание заземляющей дуги. Для этого необходимо, чтобы емкостные токи замыкания на землю не превышали следующих значений:


Напряжение сети, кВ.......................

Емкостный ток, А…………………

Эти токи соответствуют требованиям ПТЭ. Однако опыт показывает, что для обеспечения надежного самопогасания дуги в сетях 6 и 10 кВ емкостные токи целесообразно снизить до 20 и 15А соответственно. В случае превышения указанных значений токов в нейтраль обмотки трансформатора включается дугогасящий реактор (рис. 10.1, б), уменьшающий (компенсирующий) емкостный ток через место повреждения до минимальных значений.
Индуктивный ток дугогасящего реактора I Р возникает в результате воздействия на него напряжения смещения нейтрали U 0 =- UA , появляющегося на нейтрали при замыкании фазы на землю. Ток равен:

где LP и LT - индуктивности дугогасящего реактора и трансформатора соответственно, Гн;
U Ф - фазное напряжение.
С компенсацией емкостных токов воздушные и кабельные сети могут некоторое время работать с замыканием фазы на землю.


Рис. 10.1. Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью (а) и с компенсацией емкостных токов (б) :
1 - трансформатор, питающий сеть; 2 - измерительный трансформатор напряжения;
3 - дугогасящий реактор; К V - реле напряжения

Выбор настройки дугогасящих реакторов. При IP =IC =0 емкостная составляющая тока в месте замыкания на землю полностью компенсируется индуктивным током реактора - наступает резонанс токов. Дугогасящие реакторы, как правило, имеют резонансную настройку, что облегчает гашение дуги. Отклонение от резонансной настройки называют расстройкой компенсации. На практике допускается настройка с перекомпенсацией (IP >IC ), если реактивная составляющая тока замыкания на землю не более 5 А, а степень расстройки не превышает 5%. Настройка с недокомпенсацией (IP <IC ) может применяться в кабельных и воздушных сетях, если любые аварийно возникшие несимметрии емкостей фаз не приводят к появлению напряжения смещения нейтрали, превышающего 0,7U Ф .
Ток замыкания на землю определяется расстройкой компенсации, активными утечками по изоляции и некомпенсируемыми токами высших гармоник. При резонансной настройке ток замыкания минимален, и, как показывает опыт, перенапряжения в сети не превышают 2,7 U Ф .
При эксплуатации воздушных сетей нередко отступают от резонансной настройки, чтобы устранить искажения фазных напряжений на шинах подстанций, ошибочно принимаемые персоналом за неполные замыкания на землю. Дело в том, что в любой воздушной сети 6-35 кВ всегда имеется несимметрия емкостей фаз относительно земли, которая зависит от расположения проводов на опорах и распределения по фазам конденсаторов связи. Это вызывает появление на нейтрали некоторого напряжения несимметрии U НС . Степень несимметрии (и0= U НС / U Ф ) × 100 обычно не превышает 1,5%. Для сетей 10 кВ она, например, составляет около 100В и практически в нормальном режиме работы сети не сказывается на показаниях вольтметров, измеряющих напряжения фаз.
Включение в нейтраль дугогасящего реактора существенно изменяет потенциалы нейтрали и проводов сети. На нейтрали появляется напряжение смещения нейтрали U 0 , обусловленное наличием в сети несимметрии. Это напряжение будет приложено к выводам дугогасящего реактора. При резонансной настройке напряжение смещения нейтрали может достигнуть значений, соизмеримых с фазным напряжением. Оно приведет к искажению фазных напряжений и даже появлению сигнала "земля в сети", хотя замыкание на землю в это время отсутствует. Расстройкой дугогасящего реактора удается отойти от точки резонанса (колебательный контур образуется индуктивностью реактора и суммарной емкостью фаз сети), снизить напряжение смещения нейтрали и выровнять показания вольтметров. При отсутствии замыкания на землю в сети смещение нейтрали допускается не более 0,15U Ф . Однако с точки зрения гашения дуги оптимальной все же является резонансная настройка. Всякая расстройка компенсации ведет к увеличению тока, проходящего в месте повреждения в режиме работы сети с замыканием на землю, и поэтому не рекомендуется. При большом смещении нейтрали должны приниматься меры, направленные на снижение несимметрии емкостей в сети. В кабельных сетях применяется исключительно резонансная настройка, так как емкости фаз кабелей симметричны и напряжение несимметрии там практически отсутствует.
Обслуживание дугогасящих реакторов. Ток дугогасящих реакторов различных типов регулируется ручным переключением ответвлений с отключением реактора от сети, плавным изменением зазора в магнитной системе, производимым электродвигательным приводом без отключения реактора от сети, изменением индуктивности реактора подмагничиванием постоянным током без отключения реактора от сети.
В двух последних случаях настройка производится автоматами настройки компенсации (АНК), которые приводят в действие исполнительные элементы регулирования только в нормальном режиме работы, когда в сети отсутствует замыкание на землю.
Автоматизированная нормально компенсированная сеть должна иметь:
- дугогасящие реакторы с ручным переключением ответвлений, предназначенные для компенсации емкостных токов главным образом в базисной части регулирования;
- подстроечные дугогасящие реакторы с плавным изменением тока компенсации без отключения реактора от сети. Регулирование тока должно осуществляться диспетчером с помощью АНК и устройств телемеханики;
- дугогасящие реакторы с автоматическими регуляторами (оптимизаторами) тока компенсации (система АНКЗ), вступающими в работу сразу же после возникновения замыкания на землю и приводящими сеть к режиму резонансной настройки, чтобы ликвидировать дугу в месте повреждения.

Рис. 10.2. Схема подключения дугогасящих реакторов к питающим сеть трансформаторам (а) и к вспомогательным трансформаторам (б)
Перестройка дугогасящих реакторов персоналом подстанций производится по распоряжению диспетчера, выбирающего настройку в связи с предстоящим изменением конфигурации сети. При этом он руководствуется таблицей выбора настройки, составленной для конкретных участков сети на основании результатов измерений токов замыкания на землю, емкостных токов, токов компенсации и напряжений смещения нейтрали сети.
Если реактор перестраивается вручную, то персонал убеждается по сигнальным устройствам в отсутствии замыкания на землю в сети и отключает его разъединителем. После установки и фиксации заданного ответвления реактор подключается разъединителем к сети. Ручное переключение ответвлений без отключения реактора от сети не допускается по условию безопасности, так как в процессе перестройки не исключено возникновение замыкания на землю и появление на реакторе фазного напряжения.

Рис. 10.3. Схема сигнализации замыкания на землю с применением разделительного фильтра (РФ ):
1-3 - отходящие кабельные линии
Дугогасящие реакторы устанавливаются на питающих сеть подстанциях и подключаются к нейтралям трансформаторов через разъединители (рис. 10.2, а). При соединении трансформатора по схеме звезда-треугольник реакторы подключают к нейтралям вспомогательных трансформаторов (рис. 10.2, б), в качестве которых наиболее часто используются трансформаторы собственных нужд. Мощность трансформатора собственных нужд выбирается с учетом подключенной к нему нагрузки и индуктивного тока, дополнительно загружающего трансформатор в режиме замыкания сети на землю.
Для перевода реактора с одного трансформатора на другой его сначала отключают разъединителем от нейтрали одного трансформатора, а затем подключают разъединителем к нейтрали другого. Объединять нейтрали трансформаторов через нулевую шину не следует, поскольку при раздельной работе трансформаторов на не связанные между собой участки сети при замыкании на землю в одном из них напряжение на нейтрали U 0 одинаково изменит фазные напряжения на шинах подстанции обоих участков, и установить участок, где произошло замыкание на землю, без отключения трансформатора от сети станет невозможным.
Сигнальные устройства и отыскание замыканий на землю. Выше было указано, что сети с компенсацией емкостных токов могут эксплуатироваться при наличии замыкания на землю. Но так как длительное повышение напряжения на двух фазах и прохождение небольших токов проводимости на землю увеличивают вероятность аварии, а в случае обрыва и падения провода на землю создается опасность для жизни людей и животных, то отыскание и устранение повреждения должны производиться как можно быстрее. О происшедшем в сети замыкании на землю персонал узнает по работе сигнальных устройств, а фаза, получившая соединение с землей, устанавливается по показаниям вольтметров контроля изоляции.
В сигнальном устройстве реле контроля изоляции подключаются к выводам дополнительной вторичной обмотки трансформатора напряжения НТМИ, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. При нарушении изоляции фазы на землю на зажимах этой обмотки появляется напряжение нулевой последовательности 3U 0 , реле KV срабатывает и подает сигнал (см. рис. 10.1).
В сетях с компенсацией емкостных токов схемы сигнализации и контроля работы дугогасящих реакторов подключаются либо к трансформатору тока реактора, либо к его сигнальной обмотке.
К сигнальной обмотке реактора подключаются также лампы контроля отсутствия замыкания в сети, устанавливаемые непосредственно у привода разъединителя. Лампы включаются без предохранителей, и поэтому изоляция их цепей должна обладать достаточной надежностью. Схемы сигнализации, как правило, имеют цепи электромагнитной блокировки, запрещающей отключение разъединителей реактора при замыкании на землю.
По полученным сигналам на подстанциях нельзя сразу определить электрическую цепь, на которой произошло замыкание на землю, так как все отходящие линии имеют между собой электрическую связь на шинах. Для определения электрической цепи, имеющей замыкание на землю, пользуются избирательной сигнализацией поврежденных участков, основанной на использовании токов переходного процесса замыкания или токов высших гармоник, источником которых являются нелинейные цепи.
В настоящее время наибольшее распространение на подстанциях, питающих кабельную сеть, получили устройства с разделительным фильтром типов РФ и УСЗ (в стационарном исполнении - УСЗ 2/2; в переносном, применяемом совместно с токоизмерительными клещами, - УСЗ-3). Указанные устройства реагируют на высшие гармоники, содержащиеся в токе 3I 0 . Их уровень пропорционален емкостному току сети и в поврежденной линии всегда значительно выше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных. Именно это и служит признаком повреждения на той или другой линии.
Устройство типа РФ работает в диапазоне частот 50 и 150Гц. В компенсированных сетях, как правило, используется диапазон 150Гц. Для контроля уровня высших гармоник на подстанциях для каждой линии составляют таблицы показаний прибора на частоте 150 Гц, снятые в нормальном нагрузочном режиме при отсутствии однофазного замыкания на землю. Эти показания должны систематически проверяться. С ними сравниваются показания прибора при отыскании поврежденного присоединения. В случае большой недокомпенсации или при отсутствии компенсации в сети прибор переключается на диапазон 50 Гц.
Стационарные устройства устанавливаются на щитах управления или в коридорах распределительных устройств и при помощи кнопок, переключателей или шаговых искателей при появлении в сети замыкания на землю поочередно подключаются персоналом к трансформаторам тока нулевой последовательности (ТТНП), установленным на каждой кабельной линии (рис. 10.3).
Поврежденным считается присоединение, на котором при измерении стрелка прибора отклонится на большее число делений, чем при измерениях на всех других присоединениях.
В Мосэнерго разработано и внедрено в эксплуатацию устройство типа КСЗТ-1 (модернизированный вариант КДЗС) автоматического поиска кабельной линии с устойчивым замыканием фазы на землю. Оно путем поочередного измерения на ТТНП определяет кабельную линию с поврежденной изоляцией по максимальному уровню в ней тока высших гармоник. Информация по каналу ТС в виде условного кода передается на диспетчерский пункт, где дешифратором преобразуется в число, составляющее наименование линии.
При отсутствии ТТНП на кабельных линиях для отыскания поврежденного присоединения пользуются токоизмерительными клещами в качестве измерительного трансформатора тока. При замерах устройство УСЗ устанавливается на клещи вместо токосъемного амперметра.
Если устройства избирательной сигнализации на подстанции отсутствуют или не дают желаемых результатов, отыскание поврежденного присоединения производится путем перевода отдельных присоединений с одной системы (секции) шин на другую, работающую без замыкания на землю, или путем деления электрической сети в заранее предусмотренных местах. Эти операции должны производиться таким образом, чтобы при делении сети отдельные ее части были полностью компенсированы. Для отыскания повреждения иногда пользуются поочередным кратковременным отключением линий с включением их в работу от АПВ или вручную.
Одновременно с отысканием места повреждения в сети должны производиться осмотры работающих реакторов и трансформаторов, к нейтралям которых они подключены. Это вызвано тем, что продолжительность непрерывной работы реакторов под током нормируется заводами для отдельных ответвлений от 2 до 8 ч. Если отыскание замыкания на землю затягивается, персонал обязан вести тщательное наблюдение за температурой верхних слоев масла в баке реактора, записывая показания термометра через каждые 30 мин. Максимальное повышение температуры верхних слоев масла при этом допускается до 100°С. Если реакторы установлены на подстанциях, обслуживаемых оперативными выездными бригадами (ОВБ), то после отыскания и отключения повредившейся линии производится осмотр реакторов с записью показаний их термометров и возвращением в исходное положение всех указанных реле и сигнальных устройств.