Неутрализатор на доземен спој со компензација на резидуалната струја. Современо заземјување на нулата во среднонапонски и високонапонски мрежи

Transcript

1 ЧЕТВРТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид, септември 2004 Klaus Winter Swedish Neutral, Stockholm, Sweden Неутрализатор на доземен спој со компензација на резидуалната струја. Современо заземјување на нулата во среднонапонски и високонапонски мрежи RCC Ground Fault Neutralizer. Modern Neutral Grounding in Medium and High Voltage Grids КУСА СОДРЖИНА Резонантното заземјување е доминантен концепт на заштита од доземен спој во европските дистрибуциски мрежи. Зголемената употреба на кабелско поврзување во овие мрежи има неповолни ефекти врз ефикасноста на компензцијата на струја на грешка како и на гасењето на лакот кај воздушните линии. Новоразвиениот Неутрализатор на струја на грешка со компензација на резидуалната струја не само што повторно ја воспоставува ефикасноста на компензацијата на струјата кај воздушните линии, туку обезбедува и брзо и сигурно гасење на лакот при пробиви кај кабли. Брзото и целосно анулирање на доземната врска без прекин на напојувањето што денес е посебно насочено кон безбедно гасење на лакот кај кабелските мрежи обезбедува справување со пречките на начин поволен за корисниците. Клучни зборови: Резонантно заземјување, Системско заземјување, Заштита од доземен спој, Петерсенов калем, Компензација на резидуална струја ABSTRACT Resonance grounding is the dominating concept for earthfault protection in European distribution networks. The increasing cableing of these networks has sideeffects on the efficiency of fault current compensation and arc-extingtion on overhead lines. A newly developed Ground Fault Neutralizer with residual current compensation not only restores the efficiency of fault current compensation on overhead lines but also provides immediate and safe arc extingtion on cable faults. The fast and complete disarming of an earth fault without supply interruption today especially aiming at safe arc extinguishing in cable grids enables for customer oriented disturbance management. Keywords: Resonance grounding, System Grounding, Eartfault Protection, Groundfault Protection, Petersen coil, Residual current compensation 1 Дострел во заземјувањето Земјоспојниот неурализатор базиран на RCC (Residual Current Compemsation Компанзација на резидуалната струја) дефинира нови репери за резонантно заземјените среднонапонски СН и високонапонски ВН мрежи. За прв пат е можно безбедно гасење на лакот и кај кабелски дефекти. Уште повеќе, целосната компензација на струјата на грешка задоволува ги критичните услови за безбедност на луѓето, како и превенција на пожар за време на работата на далекуводните линии при C2-09 1/5

2 C2-09 2/5 постојан доземен спој. Земјоспојната точка може да се одржува со скоро нулта струја и напон сè до конечното исклучување/раздвојување на дефектната линија без прекин на напојувањето со електрична енергија. T1 I II I L1 L1 T2 I L2 L2 I L3 L3 I Ln LN U en II U en I ASC 1 RCC ASC 2 Y 0L NEUTRAL CONTROLER Io1 Io KPA Earthfault Protection System SN-RCC 98/A2- D Twin Busbar System Blockdiagram SN Слика 1. Блок дијаграм на RCC неутрализатор на доземен спој за систем со двојна собирница Со цел да се задоволат зголемените барања за безбедно и непрекинливо напојување со енергија, дистрибуциите ги заменуваат среднонапонските воздушни водови со кабелски. Оваа стратегија чини пари и не е целосно без проблеми. Бројот на пречки од предизвикани од метеорлошки причини драстично се намалува, но локализацијата и отстранувањето на кабелските дефекти бараат повеќе време. Функционирањето на дефектен кабел пректично е невозможно. Неизгаснатиот лак и повратните удари при доземен спој на една фаза многу брзо се претвора во куса врска одн. двофазна куса врска преку земја. Последиците често се прекини во напојувањето на големи региони. Слика 2. Неутрализатор и придушница со постојано јадро за 20kV трафостаница Vattenfall Europe Со RCC земјоспојниот неутрализтор, условите за работа на кабелските мрежи од корен се менуваат. Брзото и безбедно гасење на лакот кабелските дефкти скоро 100% започнуваат како пробиви на излоацијата на една фаза го спречува натамошното напредување кон двофазна куса врска. Наоѓањето на дефектот и прекунувањето/раздвојувањето маже да се извршат плански и со што можно е покус прекин во напојувањето. 2 Нулата клуч за решавање на проблемите при доземен спој За успешно решавање на проблемите со доземен спој, од основно значење е да се ограничи пренесувањето на електрична енергија само преку директниот и инверзниот систем. Ова значајно сознание од самиот почеток е во примена кај сите европски ВН и СН мрежи. За разлика од англо-

3 C2-09 3/5 американсиот повеќекратно-заземјен 4-жичен систем, во Европа енергијата се пренесува единствено низ фазите [1]. Значи, нултиот систем останува слободен за детекција и анулирање на дефектите на една фаза према земја. Познато е дека овие дефекти доминираат во скоро сите преносни и дистрибутивни мрежи. За потребите на чувствителна детекција на доземен спој Torsten Holmogren ( ) од Шведска има предложено посебна врска на струјни трансформатори за мерење на нултата струја веќе при крајот на 19-ти век. Слика 3. RCC Неутрализатор 110kV 16 2/3Hz Deutsche Bahn Оваа Холмогренова врска беше претпоставка за размислувањата на Waldemar Petersen ( ): да се искористи нагодена индуктанса помеѓу нулата и заземјувањето за систматско придушување на струјата на грешка овозможувајќи самогасење на лакот без оневозможување на локализацијата на перманентните дефенти. Со петерсеновиот калем проблемот на кинење на водовите заради прескоци кај воздушните линии конечно доби решение. Своевремено остатокот на резидулната струја не се сметаше за безбедносен проблем. Напротив, резидуалната струја беше неопходна за лоцирање на перманентни дефекти. Подоцна беше претставена поларизирана холмогренова врска, дополнително унапредувајќи ја детекцијата на дефекти со висока импеданса. 4 Растечки потреби за компензација на резидуалната струја на грешка Петерсеновиот калем ги потврди своите одлични својства уште од почетокот во раните дваесетти години на 20ти век. Резонантното заземјување денес е доминантен концепт во мнозина европски земји. Но, кога почна планирањето на преносното ниво од 400kV, во раните четириесетти, се јави потреба да се мисли на компензацијата на резидуалната струја. Оперативните искуства со големите 220kV мрежи покажаа дека при услови на влажно време со големи загуби поради корона може да се загрози безбедното гасење на лакот. Воведувањето на директно заземјување на 400kV и последователна конверзија на 220kV мрежи на овој концепт на заземјување во доцните 50ти и 60ти го направи, своевремено, проблемот на гасење на лакот застарено. Зголемениот број на стресови од куса врска и напонски падови при директното заземјување се сметаа за прифатливи и под контрола при користење на повеќекратно поврзани мрежи, користење на широки далекуводни коридори и напредна пренапонска заштита.

4 C2-09 4/5 Слика 4. PC базиран операторски интерфејс Со добра причина, кај многу преносни и дистрибутивни мрежи сеуште се користи резонантно заземјување. Повиското ниво на дефекти и радијалните структури на овие мрежи би довело до пораст на напонски падови прекини на напојување при користење на директно заземјување. Напротив, интер-европските статистички споредби на попречувањата резултира со преод од семи-директно заземјување кон петерсенови калеми во земјите како Франција, Велика Битанија и Италија. Предоцна, но треба да се каже. Очигледно, класичната придушница ја изгуби својата улога како супериорен уред за заштита од деоземен спој, барем кај сè поприсутните кабелски среднонапонски мрежи. Наместо да го гаси лакот, петерсеновиот калем, кај кабелски пробиви го засилува процесот, евентуално доведувајќи до двофазни куси врски преку земја. Во традиционалното подрачје на петерсеновиот калем Централна и Источна Европа, како и Скандинавија овој наизглед нерешлив проблем започна обратна тенденција. Чистите кабелски мрежи се конвертираат во мрежи со зазамјување со ниска импеданса. Оваа намерна конверзија на простиот доземан спој со релативно мала струја на грешка, со еднофазна куса врска која претставува ризик за луѓето како и за пожар е дискутабилна. Трошоците за субоптимална филозофија на заштитата, која предизвикува бројни напонски падови и прекини на напојување паѓаат главно на потрошувачите преку намалување на квалитетот на напојувањето со електрична енергија кое може да се избегне. 4 Развој на современ неутрализатор на доземен спој Порастот на употреба на кабли кај среднонапонски мрежи има ефект на преостанатите воздушни линии. Специфичната капацитивна струја на доземен спој кај кабелска линија е 30тина пати поголема отколку кај воздушна линија. Пропорционално расте и некомпензираната резидуална струја, зголемувајќи го ризикот за преостанатите воздушни линии. Со цел да се запре ваквата тенденција, шведските власти веќе во 1987 претставија изрични барања за моментално исклучување и во резонантно заземјените мрежи. Истовремено беше претставена и унапредена детекција на дефектите со висока импеданса. Доземните споеви со импеданса до 20kΩ денес безбедно се детектираат. Задолжителна граница за исклучување на линијата во Шведска е 5kΩ [2].

5 C2-09 5/5 Слика 5. Еден од првите RCC неутрализатори во Шведска, Dala Elnät 20kV Овие нови шведски прописи поттикнаа развој на современ неутрализатор на доземен спој со автоматски подеслива придушница со постојано јадро, компензација на резудуалната струја и компјутерски поддржано мерење на нултиот систем за детекција на доземни споеви со висока импеданса[3]. Првата од овие сеопфатни заштити развиени од Swedish Neutra беше пуштена во работа во 1992 на шведскиот остров Готланд [4]. Веќе по две години следеа три 20kV единици во Германија. Како додаток на намалувањето на потенцијалот за незгоди на воздушните линии, уникатните можности за гасење на лакот кај кабелските мрежи беа главен аргумент при одлучувањето [5] [6]. Надградбата на традиционалната придушница до сеопфатен неутрализатор на струјата на доземен спој значи дека Валдемар Петерсоновиот супериорен концепт на резонантно зазамјување ќе го преживее каблирањето на среднонапонските мрежи. Неутрализаторот на доземен спој исто така за прв пат дава вистинска можност за безбедно функционирање при континуални дефекти, и во поглед на превенција на пожар и за персоналот. Дури и во Шведска, позната по грижата за безбедност, за сеопфатно заштитените воздушни линии повторно е дозволена работа при доземен спој. ЛИТЕРАТУРА [1] Wilheim R. and Waters M., Neutral grounding in high voltage transmission Elservier Publishing, New York 1956 [2] Swedish Safety Regulations, SFS Starkströmsföreskrifter, 73 ff Published by Elsäkerhetsverket Stockholm /Sweden [3] Winter K. Swedish Distribution networks New aspects on neutral treatment, 3rd international conference on future trends in distribution switchgear, IEE conference procedure, London 1990 [4] Winter K. Swedish Distribution networks A new method for Earthfault Protection in Cable- and Overhead systems, 5th international conference in Power System Protection, IEE conference Publication No 368, York/UK 1993 [5] Koetzold B., Gauger V., Winter K., Erdschluss-Schutzsystem mit Reststrom kompensation ein Weg zur höheren Versorgungsqualität in erdschlusskom pensierten Verteilungsnetzen ETG-Fachbericht Nr 66 ETG/PSE Summe Meeting, Berlin 1997 [6] Schmidt R., Krämer S., Winter K., Erdschluss-Vollschutzanlage für das 110kV-Bahnstromnetz, Verlag Oldenburg, eb Elektrische Bahnen, 8/2003