База знаний

Расчёт ёмкостных токов замыкания на землю и выбор ДГР

Электрические сети среднего напряжения (СН) России работают, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью. Они характеризуются низкими токами однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), но большой ёмкостью фаз относительно земли, что представляет большую опасность для оборудования, людей и животных в аварийных ситуациях.

Чтобы избежать негативных последствий, при проектировании новой сети СН или реконструкции существующей требуется расчёт ёмкостных токов ОЗЗ и (при необходимости) выбор компенсирующего устройства в виде дугогасящего реактора (ДГР).

Кабельно-воздушная линия и ДГР

Один из способов расчёта суммарного ёмкостного тока ОЗЗ на шинах подстанции и определения основных параметров ДГР представим в табличном виде в настоящей статье.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Общие требования.
  2. Как определить ёмкостный ток замыкания на землю.
  3. Как выбрать ДГР.
  4. Расчёт.
  5. На что нужно обратить внимание при расчёте.
  6. Полный список нормативных документов.

1. Общие требования

Согласно правилам [1] и типовой инструкции [2] компенсация ёмкостного тока с применением ДГР должна выполняться при токах, превышающих следующие значения:

  • 30 А — в сети 6 кВ;
  • 20 А — в сети 10 кВ;
  • 15 А — в сети 15-20 кВ;
  • 10 А — в сети 35 кВ.

При этом ДГР должен быть подобран таким образом, чтобы степень расстройки его компенсации не превышала 5% — согласно правилам [1] и советской инструкции [2], либо 1% — согласно относительно свежим документам Россетей [3] и [4]. Современное оборудование способно автоматически подстроиться под любой из указанных диапазонов, поэтому не будем подробно останавливаться на этом.

2. Как определить ёмкостный ток замыкания на землю

Все линии, помимо активной составляющей, имеют реактивное сопротивление. Для сетей с изолированной нейтралью, особенно кабельных, наиболее характерна ёмкостная составляющая С реактивного сопротивления. И при возникновении короткого замыкания на землю в месте повреждения такой сети будет протекать суммарный ёмкостный ток I присоединения.

Ёмкостные токи текут через место повреждения

Опустив все промежуточные выкладки, приведём основную формулу для расчёта ёмкостного тока ОЗЗ

Iозз = √3 Uн ω (C0 n + Cлин) 10-6,

где Uн — номинальное напряжение сети;

ω = 2 π f = 314 Гц — круговая частота сети;

C0 — собственная ёмкость трансформаторных подстанций (высоковольтных двигателей);

Cлин — ёмкость линий электропередачи.

Как видно из формулы, получив все исходные параметры, рассчитать итоговое значение не составит труда.

3. Как выбрать ДГР

Зная теоретические основы электротехники, несложно догадаться, что для компенсации ёмкостного сопротивления сети необходимо лишь добавить в неё — индуктивное L. Для этого и предназначен ДГР. Он подключается в нейтраль «в голове» сети и настраивается в резонанс с её ёмкостью. Идеальный вариант с резонансной настройкой показан на рисунке ниже. Если невозможно добиться резонанса, то предпочтительным является режим с перекомпенсацией, согласно всё тем же нормам.

Ёмкостные токи текут навстречу индуктивным токам

Расчётная мощность реактора Qк, кВАр определяется по формуле:

Qк = ΣIозз Uн / √3.

При отсутствии данных о развитии сети мощность реактора следует увеличивать на 25%.

4. Расчёт

Допустим, мы имеем разветвлённую кабельную сеть (с воздушными участками), питаемую от одной из секций шин 10 кВ городской ПС 110 кВ, по пяти фидерам (Ф101-105). Известны тип и длина всех участков ЛЭП от ПС до конечной ТП, а также количество и номинальная мощность трансформаторов Sн во всех ТП.

Какой величины будет суммарный ёмкостный ток ОЗЗ в непосредственной близости от ПС? И какой ДГР установить на ПС для исключения негативного развития аварийной ситуации? Ответы на эти вопросы можно найти в таблицах.

Таблица 1. Расчёт токов однофазного замыкания на землю
Наименование
оборудования
Uн,
кВ
Трансформаторы ЛЭП Iозз, А
Sном, кВА С0,
нФ
n Тип S, мм2 Длина, м Слин,
нФ
8.00 191.40 1.13
1.50 285.60 1.56
0.20 1.41 0.01
1.50 506.00 2.76
1.20 191.40 1.09
0.50 146.85 0.81
0.40 0.00 0.00
0.30 80.85 0.44
0.20 78.12 0.43
0.20 2.66 0.02
0.20 9.64 0.05
0.20 4.37 0.02
0.20 0.36 0.00
1.50 759.00 4.14
1.20 1855.65 10.14
0.50 0.00 0.02
0.40 0.00 0.00
3.00 504.00 2.76
1.50 5.54 0.04
0.50 9.31 0.05
0.40 23.10 0.13
Таблица 2. Определение расчетной мощности дугогасящего реактора
Наименование
оборудования
Uн,
кВ
ΣIозз, А Qк, кВАр
Тек. значение +45% Тек. значение +45%
10 24.4 37.5 147 213

Таблицы можно редактировать. Для добавления дополнительных параметров сети в таблицу 1 нажмите «добавить строку». В результатах таблицы 2 по умолчанию сделаны ошибки. Нажмите «Выполнить расчёт» и ошибки будут исправлены. Для возвращения к исходному документу просто обновите страницу

5. На что нужно обратить внимание при расчёте

Голубым цветом залиты изменяемые ячейки. Расчётные итоги, на которые необходимо обратить внимание, выводятся с зелёной и (или) красной заливкой. Если итоговое текущее значение Iозз находится в красной зоне, то ДГР необходим, для зелёной — его установка необязательна.

Расчёт выполнен для одной секции шин. Для двух-, четырёх- или многосекционных РУ необходимо выполнять расчёт на каждую из секций.

Рассмотренная в примере сеть взята из реального проекта и расположена в растущем городе-миллионнике России, поэтому итоги указаны с перспективой увеличения на 45%.

Таблицы наглядно показывают, что наибольшую ёмкость имеют кабельные линии, у трансформаторов и воздушных линий — она минимальна.

6. Полный список нормативных документов

Полный список документов, отражающих рассмотренные и не только — вопросы, с указанием конкретных пунктов, можно найти в разделах НТД и ТИПОВЫЕ по ссылке 1⎘ и ссылке 2⎘.

Там также есть:

  • требования к дугогасящим реакторам;
  • подключение дугогасящего реактора к ТСН;
  • расчёт истинного значения тока дугогасящего реактора;
  • установка дугогасящего реактора.

ВЫВОД

В этой статье рассмотрена схема так называемой компенсированной нейтрали в сети среднего напряжения. Выполнен расчёт ёмкостного тока ОЗЗ и подбор ДГР. Воспользоваться представленным расчётным методом может каждый желающий — для этого достаточно иметь на руках электрическую схему проектируемой (реконструируемой) сети.

Схем заземления нейтрали существует несколько. Выбор той или иной из них порождает необъятное множество споров в научном сообществе на протяжении как минимум пары десятков лет. Мы не ставим своей целью участие в этих дискуссиях, а пытаемся лишь создать инструменты, которые могут помочь в реализации выбранного пути.

Заказать подобный расчёт можно через форму обратной связи на сайте

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

  • Энергетик
  • 29 февраля 2024

Изолированная нейтраль обречена на исчезновение

Подробнее

  • Энергетик
  • 29 марта 2024

Расчёт резистивного заземления нейтрали

Подробнее

Сверхпроводник

Моделирование подстанции

Представляем вашему вниманию видеообзор сборки нашей подстанции

Смотреть
Пройди тестирование —
проверь свои знания в сфере
энергетики
Пройти тест
Лучшее, что Вы можете сделать для нас, выразив благодарность, — это подписаться на наш телеграм-канал
Обратная связь через Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
©2024. Энергетик.ру — все права защищены