Введение к работе
Актуальность темы» Сооружение электрических сетей номиналь-* нык напряжением 3-35 кЗ с изолированно*» нейтралью обусловлено необходимостью обеспечения электроснабжения потребителей г условиях однофазного замыкания линии передачи на землю, что вполне опртЕдано для нерезервированно" воздушно4 сети. Здесь, при отсутствии заземляющей дуги, замыкания? одно" фазы линии на землю, доля которых составляет более 75 от общего числа повреждения овтадвтся не замеченными для большинства -приемников электроэнергия. В воздушных линиях значительно ниже вероятность перерастания замыкание на землю в междуфазнсе короткое замыкание. Поэтому в воздушных сетях режим замыкания фазы на землі) может существовать длительно. Отсутствие трансформаторов с заземленно» нейтралью уменьшает ток однофазного замыкания, до уровня, обусловленного емкостной я активно" проводим остями линие.
В настоящее время электроснабжение подавляющего большинства
городских потребителей на напряжении 6*10 кВ осуществляется от
разомкнуто» резерЕированно1» кабельной сети. При этом устройства
автоматического езодз резервного питания (АЗР) применяются как на
указанных напряжениях для всех потребителей первой категорії и
части потребителе»- второ" и третье*» категорий, так и на напряже
нии 0,33 кЗ. Использование резервного источнияі питания и его ав
томатически*» ввод предполагают отключение поврежденного участка
сети. Однако величина тока однофазного замыкания,, обусловленного
только емкостно* и активно" проводим остями лини», оказывается в
подавляющем большинстве случаев недостаточной для надежной работы
имеющихся средств 'релейной защита.'
При работе сети в условиях неотключекного однофазного замыкания в месте повреждения образуется заземляющая дуга. Ее горение сопровождается большими тепловыделениями и вызывает значительные перенапряжения на неповрежденных фазах. Зто приводит к снижению срокз службы кабельных линий и перерастанию однофазного замыкания на них в маждуфазное.
Участки городской электрической сети с изолированной нейтралью, выполненные воздушными линиями, характеризуются низкой степенью злектробезопасности. Однофазные замыкания на землю на воздушной линии возникают вследствии обрыва провода и падения его на
2 землю ели пробоя изолятора ка опоре. 5 последнем случае люди, оказавшиеся вблизи места однофазного замыкания не видят повреждения и, следовательно, не могут оценить возникшую для них опасность. Повышенную опасность для л еде» создает, протекающие в условиях замкнуто» на землю фазы вместе повреждения, емкостно» ток. Поражение человека электрическим током может произойти как при непосредственном касании оборванного провода или опоры с поврежденным изолятором, так и при приближении к ним в результате воз-дествия так называемого вагового напряжения.
Применяемые устройства компенсации емкостных токов не могут полностью устранить отмеченные вніге недостатки сете? с изрлире= вакиоЯ нейтралью. Величина емкостиого тока зависит от мер^а loa*-никновекия однофазного повреждения и может изменяться в дретаточе но широких пределах. Отсюда вытекает трудность резонансно» надт~ роРки дугогасящеС катушки при всех возможных точках повреждения. Ток расстройки оказывается достаточным для поддержания горения заземляющей дуги и представляет серьезную опасность для людей,
3 сетях с изолированно» и компенсированно« нейтралями фазовая изоляция выполняется на ликеРное напряжение, так ха# при за-мык8нии но землю, напряжения неповрежденных фаз повышаются до ликерного значения даже при отсутствии заземляющей дуги в месте повреждения. Кроме того, необходимость увеличения уровня изоляции вызывается большими величинами внутренних перенапряжений, превышающих фазное напряженке в 3-4,5 раза при коммутационных переключениях в сетях с изолированно» и компенсировзнноР нейтралями., Подавляющую часть времени этот запас изоляции не используется, что нерационально.
Полностью исключить отмеченные выше недостатки можно только путем заземления не"трали всех или определенно*" части трансформа-* торов, так как это обеспечит возможность автоматического отключвт. ния поврежденного участка и включения АЗР или автоматического ле-=-ревода сети в неполно^ зкыР режим работы путем отключения повреж^ денно? фазы. 3 последнем случае необходимо применение секционных предохранителе» или сдно*азних выключателе", которые локализуют поЕрежденке и позволяют всем потребителям оставаться в работе. На поврежденном участке сети, имеющем достаточное количество трансформаторов с заземленное нСтр&лью, после отключения поЕрсж-* денно" в результате зпмкканкя на землю фазы сохрагіяется трехфаз-
нов напряжение при некоторой несимметрии системы напряжений.
Существующий уровень запаса электрической прочности язоляши обеспечивает возможность увеличения номинального напряжения электрической сети 3 V3 раз в случае эффективного заземления ее нейт?-рали. Последнее представляй? бвбой наиболее целесообразный способ повышения пр6пускнбв споЬобности и снижения потерь электроэнергии в существующих йэбельных сетях.
S работах Й»М»$ингера, И.А.Еудзко, З.П.Черногубовского изучая и сйстемэтнЗйрован опыт промышленно развитых стран Запад» в области вибори оптимального режима нейтрали распределительных электрических cef4*. ^н подтверждает необходимость перехода от режимов изолированно" и компенсированное нейтрале)» к одно'1 из разновидности" режима заземленно» нейтрали. До 50-х годов в мирово" практике не было единого мнения о целесообразности заземления не*рэлй в сетях номинальным напряжением 3-220 кВ. Например, в ФРГ, Австрии, Голландии, Испании, Швеции. Японии и др. странах применялись режимы изолированной и компенсированной нейтралей. В то же время в сетях СШАі Англии, стран Британского содружества, Франции и Италии пре обладили сети с за земле иной, нейтралы). В начале 60-х годов, т.е. более 30 лет тону назад, наметилась тенденция к отказу от применения изолированно1» и компенсированной не~*тралей при строительстве новых участков электрической сети я заземлению нейтрале» существующих сетей. Особенно «это имело место при проведении реконструкции сетей в целях повышения пропускной способности, снижения потерь электроэнергии, повышения качества или надежности электроснабжения. При этом было, успешно применено заземление нейтрали через активное сопротивление, обеспечивающее _ ограничение токов замыкания на 'землю, искусственное заземление и глухое заземление нейтрали. Необходимо отметить, что при заземлении нейтрали в сетях 10-35 кВ через токоогракичивающее.сопротивление, добиться выполнения услбЕйя эффективного.заземления, как правило, не удавалось, что приводило к необходимости выполнения фазово" изоляции ив линейное напряжение. Такое заземление позволяет только обеспечить .возможность быстрого, надежного и ' селективного отключения замыкания на землю, облегчить условия эксплуатации, уменьшить уровень внут-ренних пере напряжение'и увеличить срок службы кабельных линий.
В нашей стране в 60-х годах профессором З.К.Плвгачевнм было
4 предложено к исследогано рассредоточенное заземление нейтрали, сохраняющее все преимущества систем электроснабжения с эффективно заземленными нейтралями и в то же гремя исключающее присущие этим системш основно* недостаток, заключающиеся в необходимости дополнительных капитальных затрат на осуществление заземления (выполнение контуров заземления трансформаторных поцстании* с сопротивлением менее 0,5 Ом - при глухой заземлении или приобретение и контак искусственных нейтральных точек - при искусственном заземлении. Однако данные способ заземления яе*трзлк не нзиел широкого применения в воздушных сетях, В СЕЯЗИ с невозможностью обеспечить надежную работу реле»но1 защиты, обусловленную большими значениями сопротивление в цепи тока замыкания hs землю.
Лля применения рассредоточенного заземления нейтрали в городских кабельных сетях в те годы еще не возникли необходимые предпосылки, а именно: отсутствовало, достаточное количество распределительных лини» в городских сетях номинальным напряжением 5-10 кЗ, выполненных исключительно кабельными линиями (в кабельных линиях имеются более благоприятные условия для работы релейно* защиты от однофазных повреждение, так как сопротивление в цепи тока замыкания на них значительно меньше), качество электроснабжения потребителей при работе сети с изолированно* нейтралью з условиях однофазного замыкания удовлетворяло требованиям коммунально-бытово?. нагрузки, при существовавших в то время удельных плотностях, электрических нагрузок в городе отсутствовала необходимость в повышении пропускной способности сетей номинальным напряжением 10 кЗ (увеличение пропускно!» способности сетей напряжением б кЗ можно было достичь их перевод'ом на напряжение 10 кВ без изменения режима нейтрали). Реконструкция сети с целью повышения ее пропускное способности финансировалась из средств амортизационных отчие- ' лени» на реновацию, строго контролировавшихся госбанком, т.е. во многих случаях отсутствовало стремление персонала олектросетевых предприятии к снижению затрат на ее осуществление,
В настоящее .время в подавляющем большинстве случаев распре* делительные линии в городских сетях выполнены полностью кабельними. При переходе к рыночное экономике, когда сократились ассигнования из централизОЕанішх источников на строительстго, рас-пиренке к реконструкцию электрических еэтее, проблема снижения затрат на обеспечение необходимого уровня |іХ пропускное способ-
нос№: приобретает- орйбув-акяуалЁЯ-ость. Яреме того, можно ожидать ужесточения требований коммунально-бытовой нагрузки к качеству, подводимого напряжения в связи с тенденцией к увеличению-доли сложно'» быгово» техники в общем балансе злектропотребления.
Изложенное вайе обуславливает необходимость дополнительного
изучения существующих режимов нейтрали городской кабельной элект-
рическо» сети.
Цель диссертационна» работы состоит, в обосновании возможности й.технико-экономическо» целесообразности изменения режимі нейтрали : городское кабельно» электрическо» сети номинальным напряжением 6^-10 кЗ при ее реконструкции.
3 соответствии.с поставленное цель» в диссертационно» работе решается следующие основные задачи:
определение наиболее целесообразного способа заземления " не»тра'ли кабельно» электрическо?» сети в зависимости от ее схемы, конструктивного выполнения и параметров режима;
технико-экономическая опенка эффективности различных видов реконструкции кабельно» сети при одновременном ее переводе в режим глухого, искусственного или. рассредоточенного заземления;
определение возможных стратеги» реконструкции городской кабельно» электрическо» сети-и рационального момента времени ее перевода на более высокое номинальное напряжение с учетом динамики развития при различных режимах нейтрали сеть»
.Научная новизна:
сформулированы технико^-экономические условия целесообразности перевода городско» кабельно» электрической, сети номшшлъннм напряжением 6-Ю кВ в режим работа с глухим, искусственным или рассредоточенным заземлением нейтрали и возможности одновременного увеличения номинального напряжения в т/3* раз.
предложены критерии- оценки эффективности реконструкции городско* кабельно» электрическо» сети, пригодныек использования в условиях рыночных отношение, учитывавшие не.только количественные, но и качественные 'показатели.
Экономическая и практическая значимость работы заключается в:
обосновании возможности глухого, искусственного или рассредоточенного'заземления не»трали городско» кабельно» электрическо» сети, позволяющего увеличить пропускную способность и снизить стоимость передачи и распределения электроэнергии;
разработке процедуры оценки эффективности реконструкции го-
родской кабельно* электрической сети путем заземления ее нейтрали и принципов определения рационального момента времени перевода существующей кабельно» электрическое сети на более высокое номинальное напряжение с учетом динамики ее развития к режима нейтрали. На запиту екносятся следующий основные_полоуения:
процедурі выбора трансформаторов, подлежащих заземлению в кабельно? сети с рассредоточенным заземлением нейтрали;
критерии оценки эффективности реконструкции городской кабельно* электрической сети, пригодные к использованию в условиях рыночных отношении, учитывавшие не только количественные, но и качественные показатели;
принципы определения рационального момента времени перевода существующее кабельной электрической сети на более высокое но-' МЕналъное напряжение с учетом динамики ее развития и режима нейтралі..
Практическое использование результатов работы. Предложенные в работе критерии и зависимости, позволявшие оценить эффективность реконструкции,' использованы малым научно-производственным предприятием Таз-инжиниринг", при определении оптимальной последователь-. кости работ и наиболее целесообразной структуры энергетической сети. Анализ повреждаемости кабельных линий 6-Ю кВ под рабочим напряжением, выполненный на материале Гродненского городского района электрических сете» использован при определении оптимальной периодичности их испытаний повышенным напряжением. Результаты работы использовались при выполнении учебно-исследовательских работ студентов энергетического факультета Белорусской государственное политехнической академии специальности 10.02 "Электроэнергетические системы и сети".
Апробация основных результатов работы. Основные положения диссертационно» рабсті: докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях .профессорско-преподавательского состава Белорусской государственно? политехнической академии ( 1989, 1990, 1991. 1992, 1993, 1994 г.г.), Всесс-взном научно-техническом семинаре по проблеме "Снижение потерь и повниение качества электроэнергии в электрических сетях энергосистем" (Бишкек, І99Т г.). Всероссийском семинаре по проблеме "Мето-дические вопроса исследования надежности больших систем энергетики" С Санкт- Петербург, 1993 г. ), 3-е» Международной научной конфе-
' 7- .
Г5НЦИИ "Эффективность и качество электроснабжения прсмыпденных предприятия" (г. Мариуполь., 1994 г.) и на 2-ой Международно» научно" конференции "Электротехника несинус сидальных токов" (г. Зеленая Гурэ, 1?95\
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Методы -исследования. В диссертация использовались методы тех
нике—экономического анализа, экспертных опенок и многокритериаль
ного анализа. . . ' .
Объем и структура работы. Диссертация-состоит из общей харх-теристики работы, четырех глав, выводов, списка использованных источников, включающего 114 наименование и б приложения.
