Число заземленных нейтралей на каждом участке по возможности выбирается минимальным и должно определяться расчетом. Основными требованиями к защите заземленных участков являются требования к релейной защите по поддержанию на определенном уровне токов замыкания на землю и обеспечение защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений. Последнее требование тем более важно, что все отечественные трансформаторы 110–220 кВ имеют пониженный уровень изоляции нейтралей.
При неполнофазных отключениях (включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью, то есть когда коммутационная аппаратура (выключатели, разъединители или отделители) оказывается включенной не тремя, а двумя или даже одной фазой, переходный процесс сопровождается кратковременными перенапряжениями. Надежной защитой от таких процессов является применение вентильных разрядников.
На практике, помимо воздействия кратковременных перенапряжений, нейтрали трансформаторов могут оказаться под воздействием фазного напряжения промышленной частоты, которое опасно как для изоляции трансформатора, так и для разрядника в его нейтрали. Опасность усугубляется еще тем, что такое напряжение может длительно оставаться незамеченным при неполнофазных режимах коммутации выключателями, разъединителями и отделителями ненагруженных трансформаторов, а также при аварийных режимах.
При неполнофазном включении ненагруженного трансформатора, то есть при пофазной коммутации, его электрическое и магнитное состояние изменяется. Если включение трансформатора осуществляется со стороны обмотки, соединенной в звезду, то при наличии двух фаз напряжение на нейтрали и на отключенной фазе будет равно половине фазного. Если подать напряжение по одной фазе, то все обмотки трансформатора и его нейтраль будут находиться под напряжением включенной фазы. Во избежание негативных последствий и предупреждения аварии неполнофазный режим должен быть немедленно устранен.
В идеале наилучшей мерой защиты в таких случаях является глухое заземление нейтралей обмоток трансформаторов. Поэтому перед включением или отключением от сети трансформаторов 110–220 кВ, у которых нейтраль защищена вентильными разрядниками, следует наглухо заземлять нейтраль включаемой или отключаемой обмотки, если к тем же шинам или к питающей линии не подключен другой трансформатор с заземленной нейтралью.
Глухое заземление нейтрали трансформатора облегчает процессы отключения и включения намагничивающих токов, вследствие чего дуга при отключении трансформатора горит менее интенсивно и быстро гаснет.
Отключение заземляющего разъединителя в нейтрали трансформатора, работающего с разземленной нейтралью, следует производить сразу же после включения и проверки полнофазного включения коммутационного аппарата. Не допускается длительно оставлять нейтраль заземленной. Заземлением нейтрали изменяется распределение токов нулевой последовательности и нарушается селективность действия защит от однофазных замыканий на землю.
В настоящее время широкое распространение получили упрощенные схемы питания от одиночных и двойных проходящих линий 110–220 кВ. Число присоединяемых к ним трансформаторов может достигать 4–5. Если к такой линии присоединены два и более трансформаторов, то целесообразно хотя бы у одного из них иметь глухое заземление нейтрали, что позволит в случае неполнофазной подачи напряжения на линию вместе с подключенными к ней трансформаторами избежать появления опасных напряжений на изолированных нейтралях других трансформаторов. На линейных вводах всех подключенных к линии трансформаторов образуется симметричная трехфазная система напряжений, при которой напряжение на изолированной нейтрали трансформатора будет равно нулю.
В сетях с эффективно заземленной нейтралью трансформаторы при возникновении аварийных режимов подвержены опасным перенапряжениям. Это может иметь место, когда при обрыве и соединении провода с землей выделяется участок сети, не имеющей заземленной нейтрали со стороны источника питания. На таком участке напряжение на нейтралях трансформаторов становится равным по величине и обратным по знаку ЭДС заземленной фазы, а напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышается до линейного. Возникающие при этом из-за колебательного перезаряда емкостей фаз на землю перенапряжения представляют опасность для изоляции трансформаторов и другого оборудования данного участка.
В сетях с эффективно заземленной нейтралью на случай перехода части сети в режим работы с изолированной нейтралью предусматривают защиты от замыкания на землю, реагирующие на напряжение нулевой последовательности 3Uо, которое появляется на зажимах разомкнутого треугольника ТН при соединении фазы с землей.
Такие защиты действуют на отключение выключателей трансформаторов с незаземленной нейтралью. Их настраивают так, чтобы при однофазном повреждении первыми отключались трансформаторы с изолированной нейтралью, а затем трансформаторы с заземленной нейтралью.
На ПС 110 кВ, где трансформаторы не могут получать подпитку со стороны СН и НН, такие защиты от замыкания на землю не устанавливаются и глухое заземление нейтралей не производится.
На основании изложенного оперативному персоналу необходимо выполнять следующие рекомендации:
при выводе в ремонт трансформаторов, а также при изменениях схем ПС необходимо обеспечивать режим заземления нейтралей, принятый в энергосистеме, и при переключениях не допускать в сетях с эффективно заземленной нейтралью выделения участков без заземления нейтралей у питающих сеть трансформаторов;
во избежание автоматического выделения таких участков на каждой системе шин ПС, где возможно питание от сети другого напряжения, рекомендуется иметь трансформатор с заземленной нейтралью с обязательной токовой защитой нулевой последовательности;
при выводе в ремонт трансформатора, нейтраль которого заземлена, необходимо предварительно заземлить нейтраль другого параллельно работающего с ним трансформатора;
без изменения положения нейтралей других трансформаторов производится отключение трансформаторов с изолированной нейтралью или нейтралью, защищенной вентильным разрядником.
2.7. Защита оборудования ПС от перенапряжений
Защита высоковольтного оборудования ПС от грозовых и коммутационных перенапряжений осуществляется:
от прямых ударов молнии — стержневыми и тросовыми молниеотводами;
от набегающих волн с отходящих линий — молниеотводами (от прямых ударов молнии на определенной длине этих линий) и защитными аппаратами, устанавливаемыми на подходах и в РУ, к которым относятся разрядники вентильные (РВ), ОПН, разрядники трубчатые (РТ) и защитные искровые промежутки.
Для оборудования ПС 110–220 кВ наибольшую опасность представляют грозовые перенапряжения, вследствие чего вольт-секундные характеристики искровых промежутков РВ должны быть такими, чтобы разрядники (например, типов РВС, РВМ, РВМГ) были отстроены от воздействия коммутационных перенапряжений.
Для сетей 330–750 кВ опасны как грозовые, так и коммутационные перенапряжения. Вследствие этого разрядники для ПС с таким напряжением (например, типа РВМК) выбираются на срабатывание при воздействии как грозовых, так и коммутационных перенапряжений.
Здания ЗРУ и ПС следует защищать от прямых ударов молнии в районах с числом грозовых часов в году более 20.
При установке стержневых молниеотводов на защищаемом здании от каждого молниеотвода прокладываются не менее двух токоотводов по противоположным сторонам здания.
РУ 3-20 кВ, к которым присоединены ВЛ, должны быть защищены РВ или ОПН, установленными на шинах или у трансформаторов. РВ или ОПН в одной ячейке с ТН должен быть присоединен до предохранителя ТН.
На подходах к подстанциям ВЛ 3-20 кВ с металлическими и железобетонными опорами установка защитных аппаратов не требуется. Однако при применении на ВЛ 3-20 кВ изоляции, усиленной более чем на 30 % (например, из-за загрязнения атмосферы), на расстоянии 200300 м от ПС и на ее вводе должны быть установлены защитные искровые промежутки.
Следует иметь в виду, что РВ морально и конструктивно устарели и уже сняты с производства, а оставшиеся в эксплуатации РВ практически отслужили свой нормативный срок. В настоящее время происходит их замена на современные ОПН. Таким образом, разрядники в качестве средств защиты от перенапряжений на вновь проектируемых ПС 110–750 кВ не применяются.
Необходимость установки ОПН для защиты оборудования в ячейках линий 330–750 кВ для ограничения коммутационных перенапряжений определяется расчетом и уровнем испытательных напряжений защищаемого оборудования.
