Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Проектирование электроустановок

Подключение к распределительной сети высокого напряжения - Проектирование электроустановок

Оглавление
Проектирование электроустановок
Установленная мощность потребителя
Силовая нагрузка электроустановки
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Эксплуатационные аспекты распределительных сетей ВН
Создание новой подстанции ВН
Защита подстанции ВН
Подстанция потребителя с учетом на НН
Выбор понижающего трансформатора Подстанции потребителя с учетом на НН
Использование оборудования ВН на подстанции потребителя с учетом на НН
Подстанция потребителя с учетом на ВН
Создание распределительных понижающих подстанций
Подключение к низковольтной распределительной сети
Присоединение потребителей к низковольтной распределительной сети
Тарифы и учет электроэнергии потребителей
Выбор архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Характеристики электроустановки
Характеристики оборудования высокого и низкого напряжения
Критерии оценки архитектуры сети
Выбор основных элементов архитектуры сети
Выбор архитектурных деталей сети
Выбор оборудования сети
Оптимизаця архитектуры сети
Глоссарий по сети, ID-Spec
Пример электроснабжения
Системы заземления в системах низкого напряжения
Система установких низкого напряжения
Кабели и шинопроводы низкого напряжения
Внешние воздействия в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Защита от косвенного прикосновения
Автоматическое отключение при двойном КЗ
Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений без автоматического отключения
Защита имущества от ущерба вследствие пробоя изоляции
Система TT
Система TN
Система IT
УЗО

1 Электроснабжение при высоком напряжении
В настоящее время нет международного соглашения, четко ограничивающего определение «высокого» напряжения.
Уровни напряжения, в одних странах обозначаемые как «высокие», в других странах обозначаются как «средние».
В данном разделе распределительные сети, которые работают при напряжении 1000 В или ниже считаются низковольтными сетями, а сети, требующие одну ступень понижения напряжения с целью питания низковольтных сетей, считаются высоковольтными сетями. По экономическим и техническим причинам, номинальное напряжение высоковольтных распределительных сетей, определенных выше, редко превышает 35 кВ.

Основные характеристики системы электроснабжения: я номинальное напряжение и соответствующие ему уровни прочности изоляции; я ток короткого замыкания; я номинальный ток заводских установок и оборудования; я система заземления.
1.1 Характеристики высоковольтной сети системы электроснабжения
Номинальное напряжение и соответствующие ему уровни прочности изоляции
Номинальное напряжение сети или оборудования определено в МЭК 60038 как «напряжение, которым обозначается сеть или оборудование, и к которому относятся определенные рабочие характеристики». Тесно связанным с понятием номинального напряжения является «максимальное рабочее напряжение для оборудования», зависящее от уровня прочности изоляции при номинальной рабочей частоте, и к которому можно отнести прочие характеристики, согласно соответствующим рекомендациям к оборудованию.
«Максимальное рабочее напряжение для оборудования» определено в МЭК 60038 как: «Максимальное значение напряжения, при котором возможно использование оборудования, которое возникает при нормальных условиях работы в любое время и в любой точке сети. Это исключает переходные напряжения, например, возникающие при коммутации сети, и временные изменения напряжения». Примечания:
- Максимальное рабочее напряжение для оборудования указывается только для номинального напряжения сети выше 1000 В. Очевидно, что, в частности, для определенных номинальных напряжений сети, нельзя гарантировать нормальную работу оборудования вплоть до этого максимального рабочего напряжения, принимая во внимание, что его характеристики зависят от величины приложенного напряжения (например: потери в конденсаторах, броски намагничивающего тока в трансформаторах и т.д.). Для таких случаев стандарты МЭК определяют предел, до которого может быть гарантирована нормальная работа оборудования.
- Оборудование, используемое в сетях с номинальным напряжением до 1000 В, должно соответствовать техническим требованиям по данному номинальному напряжению сети, как для работы, так и для изоляции.
- Определение «максимальное рабочее напряжение для оборудования», приведенное в МЭК 60038, идентично определению, данному в МЭК 60694 для «номинального напряжения». МЭК 60694 относится к распределительной аппаратуре с напряжением свыше 1000 В.
Значения, приведенные на рис. B1, взятые из МЭК 60038, являются наиболее используемыми стандартными уровнями высоковольтного распределения энергии и соотносят номинальные напряжения с соответствующими стандартными значениями «максимального рабочего напряжения для оборудования».
Как правило, эти сети являются трехпроводными, если не указано иначе. Приведенные значения являются линейными напряжениями (между фазами).


Серия I (для частоты 50 и 60 Гц)

Номинальное напряжение сети

Максимальное рабочее напряжение для оборудования (кВ)

(кВ)

(кВ)

 

3.3(1)

3 (1)

3.6(,)

6.6(1)

6 (1)

7.2 (,)

11

10

12

 

15

17.5

22

20

24

33(2)

 

36(2)

 

35(2)

40.5(2)

Эти значения не должны использоваться для распределительных сетей общего пользования.
Унификация этих значений находится в процессе рассмотрения.
Рис. 81: Отношение между номинальным напряжением системы и максимальным рабочим напряжением для оборудования
Значения, указанные в скобках, не являются предпочтительными. Не рекомендуется использовать эти значения при проектировании новых сетей.

Для каждой отдельно взятой страны рекомендуется, чтобы отношение между двумя смежными номинальными напряжениями было не меньше двух.
С целью обеспечения надежной защиты оборудования от чрезмерно высоких кратковременных перенапряжений промышленной частоты и переходных перенапряжений, вызванных ударом молнии, коммутацией или сбоем в сети и т.д., все ВВ оборудование должно иметь номинальные уровни прочности изоляции, соответствующие техническим условиям.
Распределительная аппаратура
Рис. B2, приведенный ниже, взят из МЭК 60694 и содержит ряд требуемых стандартных значений «выдерживаемых» напряжений. Выбор между значениями столбца 1 и столбца 2 таблицы В2 зависит от степени вероятности возникновения перенапряжений, вызванных ударом молнии или коммутацией111, типа заземления нейтрали, а также от типа устройств защиты от перенапряжений и т.д. (для получения более подробной информации обращайтесь к МЭК 60071).


Номи-
нальное напряжение U (ср. кв. значение)

Номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса (амплитуда)

Номинальные кратковременные выдерживаемые перегрузки по напряжению/частоте (ср. кв. значение)

Столбец 1

Столбец 2

На землю между полюсами и через разомкнутое коммута-
ционное устройство

Через
изоляционный промежуток

На землю между полюсами и через разомкнутое коммута-
ционное устройство

Через
изоляционный промежуток

На землю между полюсами и через разомкнутое коммута-
ционное устройство

Через
изоля-
ционный промежуток

(кВ)

(кВ)

(кВ)

(кВ)

(кВ)

(кВ)

(кВ)

3.6

20

23

40

46

10

12

7.2

40

46

60

70

20

23

12

60

70

75

85

28

32

17.5

75

85

95

110

38

45

24

95

110

125

145

50

60

36

145

165

170

195

70

80

52

 

 

250

290

95

110

72.5

 

 

325

375

140

160

Примечание: значения выдерживаемого напряжения «через изоляционный промежуток» применимы только для коммутационных устройств, где изоляционный промежуток между открытыми контактами спроектирован с учетом удовлетворения требований, определенных для разъединителей.
Рис. B2: Номинальные уровни прочности изоляции коммутационной аппаратуры
Необходимо заметить, что для рассматриваемых уровней напряжения не указаны паспортные данные коммутационных перенапряжений. Это связано с тем, что перенапряжения, вызываемые переходными процессами при коммутации, менее значительны при этих уровнях напряжения, чем перенапряжения, вызываемые ударом молнии.
Трансформаторы
Значения на рис. B3, приведенные ниже, взяты из стандарта МЭК 60076-3.
Смысл значений столбца 1 и столбца 2 тот же самый, что и для таблицы для коммутационной
аппаратуры, т.е. выбор зависит от степени подверженности удару молнии и т.д.


Наибольшее напряжение оборудования (ср. кв.)

Номинальное кратковременное выдерживаемое напряжение промышленной частоты (ср. кв.)

Номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса (амплитуда)

Столбец 1

Столбец 2

(кВ)

(кВ)

(кВ)

(кВ)

<1.1

3

 

 

3.6

10

20

40

7.2

20

40

60

12

28

60

75

17.5

38

75

95

24

50

95

125

36

70

145

170

52

95

250

72.5

140

325

используемой в подземных кабельных сетях, а столбец 2 - к
коммутационной аппаратуре в сетях воздушных линий.
Рис. B3: Номинальные уровни прочности изоляции трансформаторов

Национальные стандарты любой страны обычно сокра­щены и включают в себя только один или два уровня напряжения, тока и уровней токов и мощностей при аварийных режимах (токи и мощности короткого замыкания).
B - Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Автоматический выключатель (также с плавким предохранителем на ограниченный диапазон напряжений) является единственным видом коммутационной аппаратуры, способным безопасно размыкать большие токи, связанные с коротким замыканием, возникающем в системе питания.
Другие элементы
Изоляционные характеристики других важных ВВ элементов, таких как, например, фарфоровые или стеклянные изоляторы, ВВ кабели, измерительные трансформаторы и т.д., должны быть совместимы с изоляционными характеристиками коммутационной аппаратуры и трансформаторов, о которых говорилось выше. Программа испытаний для этих элементов приведена в соответствующих рекомендациях МЭК.
Национальные стандарты любой страны обычно сокращены и включают в себя только один, или два уровня напряжения, тока и уровней токов и мощностей при аварийных режимах (токи и мощности короткого замыкания). Общее примечание:
Стандарты МЭК предназначены для всемирного применения и, следовательно, включают в себя широкий диапазон уровней напряжений и токов.
Они отражают различные методы, принятые в странах, имеющих различные метеорологические, географические и экономические ограничения.
Ток короткого замыкания
Стандартные значения, характеризующие отключающую способность выключателя, обычно указываются в килоамперах.
Эти значения относятся к режиму трехфазного короткого замыкания и выражены в виде среднеквадратичных значений переменной составляющей тока в каждой из трех фаз. Для выключателей в диапазоне номинальных напряжений, рассматриваемых в данной главе, на рис. B4 даны стандартные значения отключающей способности.

кВ

3.6

7.2

12

17.5

24

36

52

кА

8

8

8

8

8

8

8

(ср. кв.)

10

12.5

12.5

12.5

12.5

12.5

12.5

 

16

16

16

16

16

16

20

 

25

25

25

25

25

25

 

 

40

40

40

40

40

40

 

 

 

 

50

 

 

 

 

Рис. 84: Стандартные значения отключающей способности выключателей
Расчет тока короткого замыкания
Правила для расчета токов короткого замыкания в электрических установках представлены в стандарте 60909 МЭК.
Расчет токов короткого замыкания в различных точках системы питания может быстро перерасти в
затруднительную задачу в случае, если установка является сложной.
Использование специализированного программного обеспечения ускоряет расчеты.
Этот общий стандарт, применимый ко всем радиальным и многоконтурным системам питания
50 или 60 Гц и до 550 кВ, является очень точным и надежным.
Он может быть использован для различных типов коротких замыканий (симметричных или
несимметричных), которые могут возникнуть в электрической установке:
трехфазное короткое замыкание (всех трех фаз); как правило, этот тип КЗ сопровождается наибольшими токами;
двухфазное короткое замыкание (между двумя фазами), токи ниже, чем при трехфазном коротком замыкании;
двухфазное короткое замыкание на землю (между двумя фазами и землей);
однофазное короткое замыкание на землю (между фазой и землей), наиболее частый тип КЗ (80% всех случаев).
При возникновении короткого замыкания переходный ток короткого замыкания изменяется по времени и включает в себя две составляющие (см. рис. B5):
периодическую составляющую, начальная величина которой определяется величиной напряжения источника (генераторов, питающих короткозамкнутую сеть) величиной ее импеданса (полного сопротивления). Эта величина уменьшается до своего установившегося значения за время, зависящее от общей (эквивалентной) постоянной времени группы вращающихся машин (генераторов);
апериодическую составляющую, которая с течением времени уменьшается до нуля («затухает»). Ее начальная величина зависит от момента ее возникновения, а время «затухания» - от постоянной времени цепи короткого замыкания.
Таким образом, необходимо определить значения параметров короткого замыкания, которые полезны в выборе оборудования сети и системы защиты:
I"k: среднеквадратичное значение начального тока симметричного короткого замыкания;
Ib: среднеквадратичное значение тока симметричного короткого замыкания, отключаемого выключателем, когда размыкается первый полюс при t^. (при минимальном запаздывании);
Ik: среднеквадратичное значение установившегося тока симметричного короткого замыкания;
Ip: максимальное мгновенное значение (амплитуда тока при первом максимуме - ударный ток короткого замыкания);

Рис. B: Графическое представление величин короткого замыкания согласно МЭК 60909
IDC: величина апериодической составляющей тока.
Эти токи обозначаются нижними индексами 3, 2, 2E, 1, в зависимости от типа короткого замыкания: трехфазное, двухфазное без земли, двухфазное на землю, однофазное на землю. Метод, основанный на принципе суперпозиции Тевенина и разложении на симметричные составляющие, заключается в приложении к точке короткого замыкания эквивалентного источника напряжения с целью определения тока. Расчет проводится в три этапа:
Определяется эквивалентный источник напряжения, приложенный к точке КЗ. Он представляет собой напряжение, существовавшее непосредственно перед КЗ, и равен номинальному напряжению, умноженному на коэффициент, учитывающий нестабильность источника (наличие переключателя у трансформатора и поведения машин в сверхпереходном режиме).
Рассчитываются полные сопротивления каждой ветви относительно точки КЗ. Для систем прямой и обратной последовательности, в расчете не учитываются емкости линий и проводимости параллельных невращающихся нагрузок.
После определения значений напряжения и полного сопротивления рассчитываются минимальные и максимальные значения характеристик токов короткого замыкания. Различные значения тока в точке КЗ рассчитываются с помощью:
имеющихся уравнений;
уравнений по первому закону Кирхгофа (сумма токов, текущих в ветвях, сходящихся в одном узле, равна нулю):
i"k (см. рис. B6 для расчета i"k, где коэффициент по напряжению определяется стандартным, геометрическим или алгебраическим сложением);
ip = к х 2 х i"k, где к меньше 2, в зависимости от отношения активного и реактивного сопротивлений (R/X) прямой последовательности данной ветви; сложение максимумов;
ib = ц х q х i"k, где ц и q меньше 1, в зависимости от генераторов и двигателей, а также минимальной задержки отключения тока; алгебраическое сложение;
ik = i"k, когда КЗ далеко от генератора;
ik = Xir, для генератора, где ir - номинальный ток генератора, X - коэффициент, зависящий от индукции насыщения; алгебраическое сложение.

Рис. 86: Токи короткого замыкания согласно МЭК 60909
Определение характеристик
Существуют 2 типа оборудования сети, в зависимости от того, реагируют ли они на возникновение короткого замыкания или нет.
Пассивное оборудование
Эта категория включает в себя все оборудование, которое, ввиду его назначения, должно быть способным проводить как номинальный ток, так и ток короткого замыкания. Это оборудование включает в себя кабели, линии, шины, разъединители, трансформаторы, последовательные реакторы, измерительные трансформаторы.
Для такого оборудования способность выдерживать короткое замыкание без повреждения определяется с учетом:
электродинамической устойчивости («максимальный выдерживаемый ток»; значение максимального тока выражено в кА), характеризующей механическую прочность;
термической устойчивости («кратковременный выдерживаемый ток»; среднеквадратичное значение, выраженное в кА для продолжительности в диапазоне от 0,5 до 3 секунд, с предпочтительным значением 1 секунда), характеризующей максимально допустимое рассеяние тепла.
Активное оборудование
Эта категория включает в себя оборудование, предназначенное для отключения токов короткого замыкания, т.е. выключатели и предохранители. Оно характеризуется отключающей способностью, и, если необходимо, включающей способностью при возникновении короткого замыкания.
Отключающая способность (см. рис. B7 )
Основной характеристикой устройства, устраняющего короткое замыкание, является максимальный ток (среднеквадратичное значение, выраженное в кА), который оно способно прервать в определенных условиях, определяемых стандартами. Стандарт МЭК приводит среднеквадратичное значение периодической составляющей тока короткого замыкания. В некоторых других стандартах определено среднеквадратичное значение суммы двух составляющих, периодической и аперодической (переменной и постоянной), и в этом случае это «несимметричный ток». Отключающая способность зависит и от других факторов, таких как:
напряжение;
соотношение R/X размыкаемой цепи;
собственная частота системы энергоснабжения;
количество повторных включений и отключений при максимальном токе, например, цикл: Р - З/Р - З/Р (Р = размыкание, З = замыкание);
состояние устройства после испытания.
Отключающая способность является относительно сложной для определения. Поэтому неудивительно, что одно и то же устройство может иметь различную отключающую способность в зависимости от стандарта, по которому эта способность определяется.
Включающая способность на короткое замыкание
Как правило, эта характеристика полностью определяется отключающей способностью, так как устройство
должно быть способным замыкаться при токе, который оно способно прервать.
Иногда включающая способность должна быть выше, например, в выключателях, защищающих
генераторы.
Включающая способность определяется амплитудным значением (выраженным в кА), так как первая асимметричная амплитуда является основным действующим фактором с точки зрения электродинамики.
Например, согласно стандарту МЭК 62271 -100, выключатель, используемый в системе энергоснабжения 50 Гц, должен быть способным выдерживать амплитуду тока включения, в 2.5 раза превышающую среднеквадратичное значение прерываемого тока (2.6 раза для систем 60 Гц). Выключатели, и иногда разъединители, также должны иметь включающую способность, даже если эти устройства не способны устранить короткое замыкание.
Предполагаемый ток отключения короткого замыкания
Некоторые устройства имеют способность ограничивать ток короткого замыкания, который необходимо прервать.
Их отключающая способность определяется как максимальный предполагаемый ток отключения, который получился бы во время непосредственного короткого замыкания на входных зажимах устройства.

B - Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Специфические характеристики устройств

IAC: Амплитуда периодической составляющей
Функциональные возможности, обеспечиваемые различными коммутационными аппаратами, и их основные ограничения представлены на рис. B8.


Устройство

Изоляция двух активных сетей

Условия

 

Главные ограничения

коммутации тока

Номинал

КЗ

Разъединитель

Да

Нет

Нет

Продольная входная/выходная изоляция

Выключатель

Нет

Да

Нет

Включение и отключение тока

нагрузки

 

 

 

номинальной нагрузки Включающая способность КЗ

Контактор

Нет

Да

Нет

Номинальная включающая и отключающая способность Максимальная отключающая и включающая способность Характеристики режима и срок службы

Автоматический

Нет

Да

Да

Отключающая способность КЗ

выключатель

 

 

 

 

Предохранитель

Нет

Нет

Да

Минимальная способность отключения КЗ Максимальная способность включения КЗ

Рис. BB: Функции, обеспечиваемые коммутационными аппаратами

Рис. B7: Номинальный ток прерывания автоматического выключателя, подверженного короткому замыканию согласно МЭК60056

Наиболее распространенным значением номинального тока для ВВ распределительной аппаратуры общего назначения является 400 А.
Номинальный ток
Номинальный (нормальный ток) - это ток при температуре устройства, не превышающей величины, определенной соответствующим производственным стандартом. Требования к номинальному току коммутационной аппаратуры определяются на стадии проектирования подстанции.
Наиболее распространенным значением номинального тока для ВВ распределительной аппаратуры общего назначения является 400 А.
В промышленных зонах и городских районах с высокой плотностью нагрузки иногда требуются цепи, рассчитанные на номинальный ток 630 А, в то время как на подстанциях магистрального энергоснабжения, питающих высоковольтные сети, в качестве стандартных параметров автоматических выключателей для цепей входных трансформаторов, секций сборных шин и шинных соединителей указаны значения номинального тока 800, 1250, 1600, 2500 и 4000 A. Для понижающих трансформаторов с номинальным током первичной обмотки до 60 А может быть использован выключатель с плавким предохранителем. Для более высоких токов первичной обмотки выключатель с плавким предохранителем не отвечает предъявляемым требованиям. Для случаев с использованием выключателей с плавким предохранителем в МЭК нет рекомендованных значений номинальных токов. Фактические параметры предоставляются изготовителем выключателя c плавким предохранителем, согласно характеристикам предохранителя и таким параметрам трансформатора, как:
номинальный ток на стороне высокого напряжения;
допустимые величины тока перегрузки и его продолжительности;
максимальная амплитуда и продолжительность броска намагничивающего тока трансформатора при включении;
положение переключателя отпаек, как показано на примере, приведенном в Приложении A МЭК 62271-105, и описано в Приложении С1 данного Руководства.
В такой схеме выключатель нагрузки должен быть правильно рассчитан, чтобы размыкаться автоматически, например, при помощи реле, при низких значениях тока КЗ, которые должны быть выше (с необходимым запасом), чем минимальный номинальный ток отключения высоковольтных предохранителей. В этом случае, большие токи КЗ, превышающие отключающую способность выключателя нагрузки, будут устранены предохранителями, а небольшие токи КЗ, которые не могут быть корректно устранены предохранителями, будут устранены выключателем нагрузки с релейным управлением. Приложение С1 содержит дополнительную информацию об организации размыкания с использованием высоковольтных выключателей с плавким предохранителем.
Влияние температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря на номинальный ток
Значение номинального тока присваивается любым токопроводящим электрическим устройствам, а верхние пределы определяются допустимым повышением температуры, вызываемым рассеянием мощности I2R (Вт) в проводах (где I = среднеквадратичное значение тока в амперах, R = сопротивление проводника в Омах), совместно с теплом, выделяющимся при потерях на перемагничивание и вихревые токи в двигателях, трансформаторах и т.д., диэлектрических потерях в кабелях и конденсаторах, где это возможно.
Превышение температуры выше температуры окружающей среды главным образом зависит от скорости отвода тепла. Например, большие токи могут протекать в обмотках электродвигателя, не вызывая их перегрев, просто потому, что вентилятор, установленный на валу двигателя, удаляет тепло также быстро, как оно выделяется, и, таким образом, температура достигает устойчивого значения, ниже того, при котором может произойти повреждение изоляции или сгорание двигателя.
Трансформаторы с масляным и/или воздушным охлаждением являются одним из наиболее известных примеров использования таких способов «принудительного охлаждения». Номинальные значения тока, рекомендуемые МЭК, основаны на значениях температуры окружающего воздуха, обычной для умеренного климата на высоте, не превышающей 1000 метров над уровнем моря. Таким образом, элементы, которые зависят от естественных условий охлаждения в виде лучеиспускания или вентиляции, при работе на номинальном токе в тропическом климате и/или на высотах, превышающих 1000 метров над уровнем моря, будут перегреваться. В таких случаях номинальные значения параметров оборудования должны быть снижены, т.е. должно быть присвоено меньшее значение номинального тока. Пример с трансформаторами рассмотрен в МЭК 60076-2.
Для трансформаторов с принудительным охлаждением в общем случае достаточно, с целью сохранения исходных параметров, определенных МЭК, установить экраны для защиты от солнца, увеличить поверхности маслоохлаждающего радиатора, количество охлаждающего масла, мощность насосов подачи масла, а также размер воздухообдувающих вентиляторов. Для получения информации о том, как правильно снизить номинальные значения параметров коммутационной аппаратуры в зависимости от фактических условий её работы, необходимо обратиться к ее производителю.
Короткое замыкание на землю в высоковольтных сетях может привести к возникновению опасных перенапряжений на стороне низкого напряжения установки.
Абоненты сети низкого напряжения (и работающий на подстанции персонал) могут быть защищены от такой опасности посредством:
ограничения амплитуды токов КЗ на землю в сети высокого напряжения;
снижения сопротивления системы заземления подстанции до минимально возможного значения;
создания системы выравнивания потенциалов на подстанции и в установке абонента.
Переносимый потенциал
Рис. 89: Переносимый потенциал
Системы заземления
Система заземлений и проводники, соединяющие с ней оборудование (заземляющие проводники), требуют тщательного рассмотрения, особенно в отношении безопасности абонентов сети НН во время возникновения короткого замыкания на землю в высоковольтных сетях.
Заземлители
В общем случае, где это физически возможно, предпочтительно разделять электроды, предназначенные для заземления открытых проводящих частей высоковольтного оборудования от электродов, предназначенных для заземления низковольтного нулевого провода. Такая практика широко используется в сельских сетях, где заземлитель низковольтного нулевого провода устанавливается на расстоянии одного или двух пролетов низковольтной линии электропередачи от подстанции.
В большинстве случаев ограниченность места, доступного на городских подстанциях, не позволяет использовать эту практику, т.е. нет возможности должным образом разделять высоковольтные и низковольтные заземлители с целью предотвращения переноса возможно опасных напряжений в низковольтную сеть.
Ток замыкания на землю
Уровни тока короткого замыкания на землю при высоком напряжении обычно (если он принудительно не ограничен) сравнимы с уровнями токов, возникающих при 3-фазном коротком замыкании.
Такие токи, проходя через заземлитель, увеличивают его потенциал до высокого значения относительно «удаленной земли» (земля, окружающая заземлитель, получит высокий потенциал; «удаленная земля» имеет нулевой потенциал).
Например, ток замыкания на землю 10 000 А, проходящий через заземлитель с необычно низким сопротивлением 0.5 Ом, увеличит его потенциал до 5 000 В.
При условии, что все открытые металлические части на подстанции «связаны» (соединены вместе) и затем подключены к заземляющему электроду (заземлителю), а заземляющее устройство выполнено в виде сетки из проводников, расположенных под полом подстанции, обеспечивается безопасность персонала, так как при этом формируется эквипотенциальная «клетка», в которой все электропроводящие материалы, включая персонал, имеют одинаковый потенциал.
Вынос потенциала
Однако, проблема, известная как «вынос потенциала», включает в себя несколько опасных моментов. На рис. B9 видно, что нейтральная точка обмотки НН понижающего трансформатора также подключена к общему заземлителю подстанции, и, таким образом, нулевой провод, обмотки фаз НН и проводники всех фаз также имеют потенциал, равный потенциалу заземлителя. Низковольтные распределительные кабели, исходящие из подстанции, будут передавать этот потенциал установкам потребителя. Можно заметить, что пробой низковольтной изоляции между фазами или фазой и нейтралью невозможен, так как все они имеют равный потенциал. Однако, существует вероятность пробоя изоляции кабеля или какой-либо части установки между фазой и землей.
Способы решения
Первым шагом для минимизации опасностей, связанных с выносом потенциала, является уменьшение амплитуды тока короткого замыкания на землю в сети высокого напряжения. В большинстве случаев это достигается заземлением высоковольтной сети через резисторы или реакторы в нейтральных точках звезды выбранных трансформаторов , расположенных на крупных (мощных) подстанциях системы электроснабжения.
Однако, относительно высокий переносимый потенциал не может быть полностью устранен таким образом, поэтому в некоторых странах принят следующий способ решения этой проблемы: система заземления с уравниванием потенциала (эквипотенциальная заземляющая система) в помещениях потребителя (абонента).
Эквипотенциальное заземление установок в помещении абонента представляет собой удаленное заземление, т.е. заземление нулевым потенциалом. Однако, если такая заземляющая установка будет подключена низкоомным проводником к заземлителю на подстанции, то эквипотенциальные условия, существующие на подстанции, будут также существовать и на установке абонента.
Низкоомное межсоединение
Низкоомное межсоединение достигается путем подключения нулевого провода к эквипотенциальной установке абонента. Получающаяся в результате система известна как система заземления TN (МЭК 60364), схема А на рис. B10 на следующей странице. Система TN обычно соединена со схемой «многократного защитного заземления», в которой нулевой провод заземлен через определенные интервалы его длины (на каждом третьем или четвертом столбе низковольтной распределительной воздушной линии) и в каждом месте подвода питания потребителю. Таким образом, сеть нулевых проводов, исходящих из подстанции, каждый из которых заземлен через постоянные интервалы, представляет собой, вместе с собственным заземлением подстанции, очень эффективный низкоомный заземлитель.


Примечание:
Для систем заземлений TN-a и IT-a все открытые проводящие части высокого и низкого напряжений на подстанции и на установках потребителя вместе с нейтралью низкого напряжения заземлены через сеть заземлителей подстанции.
Для систем TT-a и IT-b все открытые проводящие части высокого и низкого напряжений на подстанции заземлены через сеть заземлителей подстанции. Корпуса присоединены к отдельному заземляющему устройству.
Для систем TT-b и IT-c нейтраль низкого напряжения трансформатора заземлена отдельно, вне зоны действия заземлителя подстанции. Значения Uw и Uws для большинства случаев указаны (в МЭК 60364-4-44) как значение Uo + 1200 В, где Uo - номинальное фазное напряжение рассматриваемой низковольтной сети.
Рис. B10: Максимальное заземляющее сопротивление Rs на ВН/НН подстанции, обеспечивающее безопасность во время короткого замыкания на землю в высоковольтном оборудовании при различных системах заземления

В этом случае методика заключается в уменьшении сопротивления заземлителя подстанции до значения, при котором стандартное значение кратковременного (5 с) выдерживаемого напряжения при замыкании на землю для низковольтного оборудования и устройств не будет превышено. Практические значения, принятые одной национальной электроснабжающей организацией для систем электроснабжения на напряжении 20 кВ следующие:
максимальный ток в нейтрали при коротком замыкании на землю в воздушных линиях электропередач с нейтралью или смешанных сетях (воздушнокабельные линии) составляет 300 А;
максимальный ток замыкания на землю в подземных кабельных сетях с нейтралью составляет 1000 А.
Формула для определения максимального значения заземляющего сопротивления Rs на подстанции, при котором гарантировано, что низковольтное выдерживаемое напряжение не будет превышено, имеет следующий вид:
в Омах (см. случаи С и D на рис. B10),
Uw = наименьшее стандартное значение (в вольтах) кратковременного (5 с) выдерживаемого напряжения для установок и устройств потребителя = Uo + 1200 В (МЭК 60364-4-44); Uo = фазное напряжение (в вольтах) в месте подвода низкого напряжения потребителя; Im = максимальный ток замыкания на землю высоковольтной сети (в амперах). Этот максимальный ток замыкания на землю Im есть векторная сумма максимального тока замыкания на землю в нейтрали и суммарного несимметричного емкостного тока в сети.
Третья разновидность системы заземления, которая в стандарте МЭК 60364 называется системой IT, используется, главным образом, там, где бесперебойное энергоснабжение является очень важным, например, в больницах, непрерывном производстве и т.д. Этот принцип заключается в том, что питание поступает от незаземленного источника. Как правило, это трансформатор, вторичная обмотка которого не заземлена или заземлена через высокое сопротивление (>1000 Ом). В этих случаях пробой изоляции на землю в цепях низкого напряжения, питаемых от вторичных обмоток, приведет к отсутствию или возникновению пренебрежимо малого тока короткого замыкания, протекание которого допустимо в течение некоторого времени до тех пор, пока не будет возможным отключить неисправную цепь для проведения ремонтных работ.
Схемы B, D и F (рис. B10)
Схемы представляют собой системы IT, в которых сопротивления (примерно 1000 Ом) включены в заземленный нейтральный провод.
Однако, если убрать эти резисторы, тем самым делая систему незаземленной, к ней применимы следующие параграфы.
Схема В (рис. B10)
Проводники всех фаз и нейтральный провод «плавают» относительно земли, к которой они подключены через, как правило, очень высокие, сопротивления изоляции и очень маленькие емкости между проводами под напряжением и заземленными металлическими частями. Полагая, что изоляция идеальна, все проводники фаз низкого напряжения и нейтральный провод путем электростатической индукции получат потенциал, близкий к потенциалу эквипотенциальных проводников. На практике наиболее вероятно то, что из-за большого количества каналов утечки на землю всех проводов под напряжением от нескольких параллельно работающих установок, система будет вести себя также, как в случае присутствия заземляющего резистора, т.е. все провода получат потенциал земли подстанции. В этих случаях перенапряжения, действующие на изоляцию низкого напряжения, малы или отсутствуют.
Схемы D и F (рис. B10)
В этих случаях, высокий потенциал системы заземления подстанции действует на изолированные фазы низкого напряжения и нейтральный провод:
через емкостное сопротивление между обмотками низкого напряжения трансформатора и его баком;
через емкостное сопротивление между эквипотенциальными проводами на подстанции и жилами низковольтных распределительных кабелей, исходящих от подстанции;
через каналы утечки тока в изоляции, в каждом случае.
В местах вне зоны действия системы заземления подстанции существуют емкостные сопротивления между проводами и землей, имеющей нулевой потенциал (емкостные сопротивления между жилами несущественны - все жилы получают одинаковый потенциал). В результате получается преимущественно емкостной делитель напряжения, в котором каждая «емкость» шунтируется сопротивлениями (каналов утечки).

Как правило, емкость кабелей низкого напряжения и установочных проводов относительно земли много больше, а сопротивления изоляции относительно земли много меньше, чем емкость и сопротивления соответствующих параметров на подстанции, поэтому большинство перенапряжений возникают на подстанции между обмоткой низкого напряжения трансформатора и его баком.

Радиальная схема электроснабжения
Рис. 811: Радиальная схема электроснабжения

кольцевая схема электроснабжения
Рис. 812: Электроснабжение по кольцевой магистрали
Таким образом, маловероятно, что повышение потенциала на установках потребителя будет проблемой там, где уровень тока короткого замыкания на землю в сети высокого напряжения ограничен, как указывалось выше.
Все трансформаторы, заземленные по системе IT, с изолированной или заземленной через высокое сопротивление нейтралью, как правило, оборудованы устройствами ограничения перенапряжений, которые автоматически подключают нейтраль напрямую к земле, если уровень перенапряжения приблизится к уровню прочности изоляции низковольтной сети. Помимо ситуаций, указанных выше, существуют несколько других ситуаций, в которых могут возникнуть эти перенапряжения. Эти ситуации описаны в разделе 3.1. Такой тип замыкания на землю случается очень редко, а когда он происходит, он быстро обнаруживается и устраняется автоматическим размыканием выключателя в правильно спроектированной и сконструированной установке.
Безопасность в ситуациях, связанных с повышенными потенциалами, полностью зависит от обеспечения правильно организованных зон выравнивания потенциалов, которые основаны на применении крупноячеистой решетки взаимосвязанных неизолированных медных проводов, подключенных к вертикально расположенным омеднённым стальным стержням. Критерий эквипотенциальности, который необходимо соблюдать, описан в главе F, посвященной защите от поражения электрическим током при косвенном прикосновении, а именно: потенциал между двумя неизолированными металлическими частями, к которым возможно прикосновения одновременно любой частью тела, ни при каких обстоятельствах не должен превышать 50 В в сухой среде или 25 В - во влажной среде.
Особое внимание необходимо уделять границам эквипотенциальных зон, чтобы избежать резких градиентов потенциалов на поверхности земли, которые могут привести к возникновению опасных «шаговых напряжений».
Этот вопрос тесно связан с безопасным заземлением ограждений подстанций и рассматривается дальше в разделе 3.1.
1.2 Различные способы подключения ВВ электроснабжения
В зависимости от типа высоковольтной сети применяются нижеследующие способы организации подачи питания.
Радиальная схема электроснабжения
Подстанция питается от одной линии питания от высоковольтного РУ (кабель или воздушная линия).
В общем случае, трансформатор подключается к устройству ввода, содержащему комбинацию из выключателя нагрузки /разъединителя с плавким предохранителем и заземляющих разъединителей, как показано на рис. B11.
В некоторых странах «подстанция» состоит из столбового трансформатора без высоковольтной коммутационной аппаратуры или предохранителей (на столбе). Такой тип высоковольтного энергоснабжения широко используется в сельских районах.
Защитные и коммутационные устройства находятся на расстоянии от трансформатора и обычно управляют главной воздушной линией, от которой ответвляются несколько линий энергоснабжения абонентов.
Электроснабжение по кольцевой схеме питания
Установки кольцевой схемы питания обычно соединяются, образуя высоковольтную кольцевую схему или магистраль, связывающую одну или более РП-системы так, что шины установок кольцевой схемы проводят полный ток кольцевой схемы или ток этой магистрали (см. рис. B12). РУ ВН подстанции, получающей питание от кольцевой схемы, состоит из трех ячеек, образующих единый агрегат, а именно:
2 вводные ячейки, каждая из которых содержит выключатель нагрузки/разъединитель и заземляющий разъединитель;
1 выходная ячейка общей защиты, содержащая выключатель нагрузки и высоковольтные предохранители, комбинированный выключатель нагрузки с плавким предохранителем или автоматический выключатель и разъединитель, вместе с заземляющим разъединителем цепи в каждом случае. Все выключатели нагрузки и заземляющие разъединители имеют номинальные параметры, рассчитанные для режимов включения на короткое замыкание.
Такая схема питания предоставляет пользователю питание от двух источников, таким образом, значительно уменьшая нарушение электроснабжения из-за сбоев системы или операций электроснабжающей организации. Главным образом, установки с кольцевой схемой питания применяются в высоковольтных подземных кабельных сетях общего пользования на городской территории.

Электроснабжение по двойной магистрали питания
Там, где возможно подключение питания высокого напряжения по двум линиям или кабелям, имеющим начало от одной и той же шины подстанции, часто используется высоковольтное распределительное устройство, подобное устройству кольцевой схемы питания (см. рис. B13). Главным различием в работе между устройствами этих схем является то, что входные цепи здесь взаимно блокируются, и поэтому единовременно может быть включен только один вводной выключатель, т.е. его включение предотвращает включение другого. При потере питания включенный выключатель должен отключиться, а другой (до этого момента отключенный) выключатель на вводной линии может быть включен.

Электроснабжение от двойной магистрали
Рис. 813: Электроснабжение от двойной магистрали
Последовательность включения/отключения выключателей может быть реализована вручную или автоматически.
Такой тип распределительной схемы используется, главным образом, в сетях с высокой плотностью нагрузки и на быстрорастущих городских территориях, питаемых от высоковольтных подземных кабельных сетей.



 
« Приемка зданий и сооружений под монтаж электрооборудования   Разъединители, отделители, короткозамыкатели »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.