Методичні рекомендації

щодо заземлення нейтралі електричних мереж 6-35 кВ через резистор  

Київ
2018

ПЕРЕДМОВА

 

1. ЗАМОВЛЕНО: Міністерство енергетики та вугільної промисловості України  

2. РОЗРОБЛЕНО: Відокремлений підрозділ «Науково-проектний центр розвитку ОЕС України» ДП «НЕК «Укренерго» за участі ТОВ «РЗА Системз»

3. РОЗРОБНИКИ: В. Гажаман, А. Жереб, А. Квицинський (керівник розробки), І. Петренко, В. Сантоцький (відповідальний виконавець)

4. ВНЕСЕНО: Відділ нормативно-технологічного забезпечення роботи електричних станцій та мереж Міненерговугілля

5. ПОГОДЖЕНО: Департамент електроенергетичного комплексу Міненерговугілля

6. ЗАТВЕРДЖЕНО: Заступник Міністра енергетики та вугільної промисловості України, Корзун А.В., 25.04.2018

7. ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ.

8. ТЕРМІН ПЕРЕВІРКИ: 2023 р.

ЗМІСТ  

Вступ

1 Сфера застосування

2 Нормативні посилання

3 Терміни та визначення понять

4 Познаки та скорочення

5 Основні положення

6 Способи підключення резистора в нейтраль мережі 35 кВ і 6 – 20 кВ та визначення потужності трансформатора для приєднання високовольтного резистора

6.1 Схеми підключення високовольтного резистора в нейтраль мережі 35 кВ

6.2 Схеми підключення високовольтного резистора в нейтраль мережі 6 – 20 кВ

6.3 Схеми підключення низьковольтного резистора в нейтраль мережі 6 – 20 кВ

6.4 Визначення потужності трансформатора, до якого підключається резистор

7 Вибір засобів захисту від однофазних замикань на землю в мережах 6 – 35 кВ з резисторним заземленням нейтралі

7.1 Загальні принципи організації роботи релейного захисту та автоматики

7.2 Релейний захист приєднань

7.3 Релейний захист шин і приєднання резистора

7.4 Вимоги до релейного захисту від замикань на землю

7.5 Рекомендації щодо вибору типів релейного захисту

7.6 Схеми підключення реле струму

8 Особливості організації роботи мереж 6 – 35 кВ у разі заземлення нейтралі через резистор

8.1 Підстанція без зв'язків за мережею 6 – 35 кВ з іншими підстанціями

8.2 Підстанція, що має зв'язок за мережею 6 – 35 кВ з іншими підстанціями

8.3 Захист від замикань на землю паралельних кабельних ліній 

8.4 Живлення двох секцій шин від однієї обмотки силового трансформатора

9 Аргументи для техніко-економічного обґрунтування доцільності резисторного заземлення нейтралі мереж 6 – 35 кВ

Додаток А (довідковий) Технічні характеристики резисторів і трансформаторів для заземлення нейтралі 

Додаток Б (рекомендований) Методика розрахунку струмів для вибору параметрів спрацьовування релейного захисту

Додаток В (рекомендований) Методика вибору уставок релейного захисту

В.1 Вибір уставок захисту приєднання

В.2 Вибір уставок захисту резистора і шин

В.3 Вибір уставок захисту кабелю заземлення резистора

Додаток Г (довідковий) Рекомендації щодо визначення струмів і напруг небалансу

Бібліографія

ВСТУП

В 2006 році переглянутою главою 1.7 Правил улаштування

електроустановок (ПУЕ) [1] в Україні у розподільчих мережах напругою 6 – 35 кВ було дозволено застосовувати заземлення нейтралі через резистор.

Режим заземлення нейтралі через резистор застосовувався і раніше, наприклад, в далекі повоєнні сорокові роки для надійного спрацьовування захисту генераторів від струму однофазних замикань на землю (ОЗЗ) в його колах. Проте, тоді він розглядався як недосконалий [2] і мабуть тому довгий час не знаходив місця в ПУЕ.

Але дослідження переваг та недоліків цього способу у порівнянні з ізольованою і компенсованою нейтралями продовжувалися в різних наукових організаціях, у тому числі і в інституті електродинаміки Національної академії наук України. В монографії співробітників цього інституту [3] до переваг заземлення нейтралі через резистор було віднесено:

- можливість організації селективного релейного захисту від ОЗЗ;

- відсутність в мережі ферорезонансних явищ і пошкоджень від них вимірювальних трансформаторів напруги;

- існування переміжних дугових ОЗЗ, за рахунок чого в мережі знижується рівень перенапруг на пошкодженій і непошкоджених фазах, і, як наслідок, відбувається зменшення кількості подвійних замикань на землю. Ці переваги заземлення нейтралі мережі через резистор визначили широке використання резисторного режиму заземлення нейтралі в зарубіжних країнах.

Перші промислові і комерційні мережі з заземленою через резистор нейтраллю з’явились у Франції в 70-х роках з метою використання в них простих і надійних систем захисту від струмів ОЗЗ і обмеження розвитку ОЗЗ в подвійні і багатомісцеві замикання. Заземлення нейтралі виконувалось через низькоомний резистор з розрахунковим струмом замикання на землю 500 А і навіть 1000 А [4].

Одними із недоліків мереж із заземленням нейтралі через низькоомний резистор на початковому етапі її впровадження стали труднощі з дугогасінням і виконанням вимог щодо захисту від ураження електричним струмом в місці з ОЗЗ, особливо в мережах з повітряними лініями і на підстанціях середньої/низької напруги, приєднаних до ПЛ. Якщо ОЗЗ виникало на залізобетонній опорі, то проблема пов’язувалась як із кроковою напругою, так і з напругою непрямого дотику, а якщо на підстанції без роздільного заземлення для обладнання середньої і низької напруги (див. вимоги до 1.7.98 ПУЕ), то ще й з переносом через PEN-провідник небезпечної напруги із заземлювача до приймачів споживачів електроенергії. На даний час в країнах Європи для мереж з повітряними лініями не використовуються резистори на струм більше ніж 300 А [4].

Також досвід експлуатації заземлення нейтралі через низькоомний резистор в країнах Європи та СНД (Росія) показав, що у разі паралельної роботи секції із таким заземленням нейтралі із секціями, які мають інші режими нейтралі (з ізольованою або компенсованою нейтраллю), спостерігалися відмови або випадки неселективної роботи захисту від ОЗЗ, які призводили до повного погашення секції, до якої відносилося і пошкоджене приєднання [4, 6].

В країнах Європи, де існує жорстка фінансова відповідальність за перерви в електропостачанні і розвинута судова система, вказані випадки примусили енергетиків повернутись до режимів з компенсацією ємнісного струму, оскільки судові позови за недовідпущену електроенергію набагато перевищували ефект від впровадження резисторного заземлення [5, 6].

На сьогодні добре відомі недоліки та переваги різних способів заземлення нейтралі, але не існує жодних міжнародних чи національних правил, котрі б регулювали, в яких випадках і які режими нейтралі доцільно використовувати [4]. Для заземлення нейтралі через резистор існують тільки рекомендації, за якими визначають параметри заземлювальної системи [7].

На вибір способу заземлення нейтралі в мережі середньої напруги в Європі найчастіше впливають такі фактори [4]:

- величина перенапруг від струму ОЗЗ (для ізольованої нейтралі – найвища, для нейтралі, заземленої через резистор – найнижча);

- рівень небезпеки ураження струмом (для нейтралі, заземленої через резистор – найвищий, для ізольованої нейтралі – середній, для компенсованої нейтралі – найнижчий);

- вплив струму ОЗЗ на навколишнє середовище;

- безперервність електропостачання споживачів (дуже важливий пункт). В режимі ОЗЗ визначається дією захисту на вимикання чи на сигнал;

- надійність захисту від струму ОЗЗ (дуже важливий фактор), а паралельна робота секції з різним режимом заземлення нейтралі в багатьох випадках вважається гальмуючим фактором для заземлення нейтралі через резистор;

- вартість системи заземлення нейтралі (найдорожчим є пристрої регульованої компенсації);

- стан ізоляції обладнання мережі;

- підготовленість персоналу для проведення технічного обслуговування обладнання.

Щодо відношення до мереж з ізольованою нейтраллю, то в Європі вважається за можливе використання їх тільки у виняткових ситуаціях, наприклад, в мережах до 30 кВ з невисоким ємнісним струмом [4]. Вважається, що режим заземлення нейтралі мережі необхідно вибирати між нейтраллю, заземленою через резистор, і нейтраллю, компенсованою із застосуванням сучасних дугогасних реакторів, які мають автоматичну систему резонансного настроювання і вторинну обмотку, через яку можна комутувати резистор для селективного визначення приєднання з ОЗЗ (наприклад, реактори ZTC, ASR чеської фірми EGE тощо). У виключно кабельних мережах рекомендується використовувати заземлення нейтралі через резистор, а у мережах з повітряними лініями – регульовану компенсацію.

Для проектування і впровадження заземлення нейтралі через резистор, яке було дозволено в сьомому виданні ПУЭ (2002 р.) в Білорусії та для деяких відомчих мереж Росії, розроблені стандарти підприємств [8, 9, 10], в яких викладені загальні рекомендації проектування. Суттєво допомагають у прийнятті рішень з цього питання дискусійні публікації на сторінках технічних журналів та особливо журналу «Новости электротехники» [11–19].

Ці Методичні рекомендації узагальнюють позитивний досвід застосування заземлення нейтралі через резистор в країнах Європи, Білорусії та Росії, а також враховують дослідження, які проводилися в Україні з надійності ізоляторів, що встановлено в мережах напругою 10 кВ, та з термічної стійкості природних заземлювачів залізобетонних опор ПЛ 10 кВ в ненаселеній місцевості.

Щодо заземлення нейтралі через сучасні дугогасні реактори, а також одночасного заземлення її через дугогасний реактор і резистор [17, 18, 19], то ці питання будуть розглянуті при перегляді ГКД 34.20.172-95 «Типова інструкція з компенсації ємнісного струму замикання на землю в електричних мережах 6 – 35 кВ».

Ці Методичні рекомендації відповідають ПУЕ і доповнюють його в частині застосування заземлення нейтралі через резистор в мережах 6 – 35 кВ.

 Методичні рекомендації
щодо заземлення нейтралі електричних мереж 6-35 кВ через резистор

1 СФЕРА ЗАСТОСУВАНННЯ

Ці Методичні рекомендації щодо заземлення нейтралі електричних мереж 6 – 35 кВ через резистор (далі – Методичні рекомендації) призначені для організацій, які здійснюють проектування заземлення нейтралі через резистор в мережах напругою 6 – 35 кВ на підстанціях, та для організацій, які будуть налагоджувати та експлуатувати резисторне заземлення нейтралі.

2 НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ

В цих Методичних рекомендаціях є посилання на такі нормативні документи:

ДСТУ ГОСТ 12.1.038:2008 Система стандартів безпеки праці. Електробезпека. Гранично допустимі значення напруг дотику і струмів.

ДСТУ 3429-96 Електрична частина електростанції та електричної мережі. Терміни та визначення

ГКД 34.20.172-95 «Типова інструкція з компенсації ємнісного струму замикання на землю в електричних мережах 6 - 35 кВ»

ГКД 340.000.001-95 «Визначення економічної ефективності капітальних вкладень в енергетику. Методика. Загальні методичні положення»

ГКД 340.000.002-97 «Визначення економічної ефективності капітальних вкладень в енергетику. Методика. Енергосистеми і електричні мережі»

ГКД 34.20.507-2003 Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила

Правила улаштування електроустановок. Затверджено наказом Міненерговугілля України від 21.07.2017 № 476