CC BY
6
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ЖХЖЖ
Надежда Петровна КондратьеваАндрей Алексеевич Шишов2, Роман Геннадьевич Большин3, Мария Геннадьевна Краснолуцкая4
12 4Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск, Россия 3 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва, Россия
1 аер^а@таИ гин, https://orcid.org/0000-0002-1784-3560
2 о^еПа@таИ ги
3 Bolshin@гgau-msha. ги
4 аер-тапа@таИ ги
Введение. Статья посвящена анализу эффективности системы электроснабжения с целью сокращения количества аварийных отключений электрооборудования предприятий АПК из-за повреждения понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ за счет феррорезонансных явлений, развивающихся от однофазного замыкания на землю. В настоящее время одной из основных нерешенных проблем при эксплуатации разветвленной системы электроснабжения 6 кВ является нестабильное нарушение изоляции. По данным эксплуатации, 75 % от общего числа повреждений, приведших к ненормальному режиму работы энергосистемы, являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Определить такие нарушения сложно, т. к. происходит пробой поврежденного элемента, а затем вновь изоляционные свойства восстанавливаются. Распределительные сети среднего класса напряжения 6-35 кВ являются важным звеном современных электроэнергетических систем. От надежной эксплуатации сетей 6 кВ зависит надежная и бесперебойная работа большого числа сельскохозяйственных потребителей, энергоэффективность и безопасность производства на предприятиях агропромышленного комплекса (АПК). Целью исследований является сокращение количества аварийных отключений электрооборудования предприятий АПК из-за повреждения понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ за счет феррорезонансных явлений, развивающихся от однофазного замыкания на землю.
Материалы и методы. В рамках этой работы произведен расчет режимов работы электросистемы в разных режимах. Рассчитаны варианты работы с независимыми секциями шин и на общую систему шин через секционный выключатель.
Результаты. По результатам работы подобран наиболее оптимальный способ повышения надежности, подобрано соответствующее оборудование.
Обсуждение. Существующая система заземления 1Т в сети 6 кВ имеет ряд недостатков, которые в ходе выполнения работы будут устранены при замене трансформатора напряжения.
Заключение. Для повышения надежности электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ предлагается заменить трансформатор напряжения (ТН) типа ЗНОЛП на антирезонансный трехфазный трансформатор НАЛИ, который может обеспечить кратковременную работу в режиме феррорезонанса, вызванном ОЗЗ. Это обеспечит безаварийное функционирование электропотребителей -предприятий АПК и бесперебойное производство сельскохозяйственной продукции.
© Кондратьева Н. П., Шишов А. А., Большин Р. Г., Краснолуцкая М. Г., 2022
05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Научная статья УДК 621.3.053.21
DOI: 10.24412/2227-9407-2022-10-68-80
Повышение надежности электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ
Аннотация
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Ключевые слова: воздушные линии 6 кВ, защита от феррорезонансных процессов, изоляция, однофазное замыкание на землю (ОЗЗ), повышение надежности электроснабжения, сети с изолированной нейтралью, трансформаторы напряжения 6/0,4 кВ, феррорезонансные процессы в электросетях 6 кВ, эксплуатация сетей 6 кВ
Для цитирования: Кондратьева Н. П., Шишов А. А., Большин Р. Г., Краснолуцкая М. Г. Повышение надежности электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ // Вестник НГИЭИ. 2022. № 10 (137). С. 68-80. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-10-68-80
Increasing the reliability of power supply to AIC enterprises from 6/0.4 kV lower transformers
Nadezhda P. Kondrateva1B, Andrey A. Shishov2, Roman G. Bolshin3, Maria G. Krasnolutskaya4
12 4Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russian Federation
3 Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy; Moscow, Russian Federation
1 aep_isha@mail.ru—, /https://orcid.org/0000-0002-1784-3560
2 otverta@mail. ru
3 Bolshin@rgau-msha. ru
4 aep-maria@mail. ru
Abstract
Introduction. The article is devoted to the analysis of the efficiency of the power supply system in order to reduce the number of emergency shutdowns of electrical equipment of agricultural enterprises due to damage to 6/0.4 kV step-down voltage transformers due to ferroresonance phenomena developing from a single-phase ground fault. Currently, one of the main unresolved problems in the operation of an extensive 6 kV power supply system is unstable insulation failure. According to the operation data, 75 % of the total number of damages that led to the abnormal operation of the power system are single-phase ground faults (SGF). It is difficult to determine such violations, because. breakdown of the damaged element occurs, and then the insulating properties are restored again. Distribution networks of the medium voltage class 6-35 kV are an important link in modern electric power systems. Reliable and uninterrupted operation of a large number of agricultural consumers, energy efficiency and production safety at enterprises of the agro-industrial complex (AIC) depend on the reliable operation of 6 kV networks. The purpose of the research is to reduce the number of emergency shutdowns of electrical equipment of agricultural enterprises due to damage to 6/0.4 kV step-down voltage transformers due to ferroresonance phenomena developing from a single-phase ground fault. Materials and methods. As part of this work, the calculation of the operating modes of the electrical system in different modes was made. Options for working with independent busbar sections and for a common busbar system through a sectional switch are calculated.
Results. Based on the results of the work, the most optimal way to improve reliability was selected, the appropriate equipment was selected.
Discussion. The existing IT grounding system in the 6 kV network has a number of shortcomings, which will be eliminated in the course of the work when replacing the voltage transformer.
Conclusion. To improve the reliability of power supply to agricultural enterprises from step-down voltage transformers 6/0.4 kV, it is proposed to replace the voltage transformer (VT) of the ZNOLP type with an antiresonant three-phase transformer NALI, which can provide short-term operation in the ferroresonance mode caused by the fault. This will ensure the trouble-free operation of electrical consumers - agricultural enterprises and the uninterrupted production of agricultural products.
Key words: insulation, increased reliability of power supply, 6 kV overhead lines, single-phase ground fault (OSZ), voltage transformers 6/0.4 kV, networks with isolated neutral, protection against ferroresonant processes, ferroreso-nant processes in 6 kV power networks, operation of 6 kV networks
For citation: Kondrateva N. P., Shishov A. A., Bolshin R. G., Krasnolutskaya M. G. Increasing the reliability of power supply to AIC enterprises from 6/0.4 kV lower transformers // Bulletin of the NGIEI. 2022. № 10 (137). P. 68-80. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-10-68-80
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
Введение
В настоящее время одной из основных нерешенных проблем при эксплуатации разветвленной системы электроснабжения 6-10 кВ является нестабильное нарушение изоляции. По данным эксплуатации, 75 % от общего числа повреждений, приведших к ненормальному режиму работы энергосистемы, являются однофазные замыкания на землю [1, с. 337-345; 2, с. 395-397; 3, с. 1-5]. Определить такие нарушения сложно, т. к. происходит пробой поврежденного элемента, а затем вновь изоляционные свойства восстанавливаются. Этот процесс может возникать с различной периодичностью, поэтому затруднен его поиск путем обхода линии [4, с. 156-158; 5, с. 320-323; 6, с. 52-62]. Распределительные сети среднего класса напряжения 6-35 кВ являются важным звеном современных электроэнергетических систем [7, с. 55-61; 8, с. 012004; 9, с. 53-67]. От надежной эксплуатации сетей 6-35 кВ зависит надежная и бесперебойная работа большого числа потребителей, энергоэффективность и безопасность производства [10, с. 337-345; 11, с. 76-80; 12, с. 4-8]. При нарушении электроснабжения возможно возникновение существенных ущербов в виде недоотпуска сельскохозяйственной продукции, угрозы жизни и здоровью людей и животных. Проведенный нами анализ показал, что за два года (2018-2019 гг.) в сетях 6 кВ было 19 аварийных случаев. Из них около 50 % аварий были по причине срабатывания предохранителя ЗНОЛП, из которых 44 % привели к аварийному останову производства на сельскохозяйственных объектах и невозможности выполнения планов по производству продукции. Аварии были вызваны возникновением однофазных замыканий на фидерах отходящих линий, но причиной останова электрооборудования на предприятиях АПК стало перегорание предохранителя трансформатора напряжения марки ЗНОЛП, обозначенного в схеме ТУ-2 (рис. 1), который обеспечивает фазное напряжение генератора. У этого трансформатора имеется встроенный защитный предохранитель. Защитное предохранительное устройство выполняется в виде разборной конструкции с плавкой вставкой, которая представляет собой металлодиэлектрический резистор типа С2-33-Н с мощностью рассеяния 0,25 Вт. Встроенное защитное предохранительное устройство
трансформатора типа ЗНОЛП имеет индикатор срабатывания в виде подвижного стержня. Защитное предохранительное устройство - ремонтируемое, подлежит перезарядке. Защитное устройство служит для защиты трансформатора от феррорезонан-са, но при этом после срабатывания этой защиты трансформатор перестает выполнять свои функции, и «машина» ГТЭС-6МВт отключается по защите, для замены предохранителя требуется выводить оборудование в ремонт.
Основным источником электроснабжения рассматриваемого объекта является четыре газотурбинных электростанции (ГТЭС) с установленной мощностью 24 МВт, напряжением 6 кВ.
Для приема и распределения электроэнергии по потребителям АПК на напряжение 6 кВ предусмотрено двухсекционное ЗРУ 6 кВ, состоящее из 54 шкафов с вакуумными выключателями. Часть линий запитывают понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ, которые, в свою очередь, обеспечивают электропитанием объекты сельскохозяйственного назначения (птицефабрики, теплицы, парники, фермы и т. д.). Каждый отходящий фидер является вводом для потребителя, который запитан каждый от своей секции шин. Так же выполнено автоматическое восстановление резерва и выполнен дополнительный ввод от независимого источника электроснабжения, что соответствует первой категории электроснабжения потребителей.
Действующая система заземления нейтрали в сети 6 кВ принята типа 1Т (нейтраль источника изолирована, а открытые проводящие части заземлены) с действием защиты от замыкания на землю на сигнал.
При замыкании фазы на землю в сети с изолированной нейтралью в точке короткого замыкния через место повреждения будет проходить суммарный ток, определяемый емкостями неповрежденных фаз всей остальной сети [13, с. 153-159; 14, с. 59-68; 15, с. 39-45].
Работа сети в режиме с изолированной нейтралью согласно Правилам устройств электрооборудования (ПУЭ) допускается в тех случаях, когда суммарный емкостной ток 1С не превышает 10 А для сети 6 кВ, имеющей металлические опоры на воздушных линиях электропередачи [16, с. 155-157; 17, с. 73-77; 18, с. 26-30].
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Рис. 1. Однолинейная схема рассматриваемого объекта Fig. 1. One-line diagram of the considered object Источник: разработано авторами на основании схемы электроснабжения предприятия
В соответствии с расчетами ёмкостных токов в различных режимах работы сети, в случае раздельной работы секций шин ЗРУ-6 кВ при выключенном секционном выключателе, значение ёмкостного тока близко к граничному значению. Если генераторы работают на общую систему шин при включенном секционном выключателе, то работа в режиме изолированной нейтрали недопустима [19, с. 379-381; 20, с. 128-132; 21, с. 5-9].
Цель исследований: сокращение количества аварийных отключений электрооборудования предприятий АПК из-за повреждения понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ за счет фер-рорезонансных явлений, развивающихся от однофазного замыкания на землю.
Материалы и методы
Ввиду того, что при однофазных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью 6-35 кВ происходит перенапряжение и фазное напряжение сети может увеличиваться от 2,4 до 3,5 раз. Поскольку первичная обмотка трансформатора напряжения представляет собой индуктивность, которая подключена на фазное напряжение сети, то происходит увеличение индуктивности обмоток трансформатора напряжения (ТН), что создает вероятность возникновения феррорезонанса и отключения
независимого источника электроснабжения вследствие срабатывания предохранителя ЗНОЛП. Ввиду того, что каждый ТН имеет индивидуальные кривые намагничивания, то отстроиться уставками от режимов, которые создаются в каждом конкретном ТН, невозможно.
Феррорезонанс в сети обусловлен тем, что емкость линии и индуктивность самой системы создают параллельный колебательный С-Ь контур, при котором в момент резонанса емкостные и индуктивные токи становятся равны и возникает резонанс токов (выражение 1) [22, с. 25-33; 23, с. 22-25; 24, с. 47-51]:
Ir. = h.=zl.
(1)
Поскольку колебательный контур - параллельный, выражение для феррорезонанса в данном контуре будет выглядеть следующим образом:
= Ш , (2)
где Ь - индуктивность обмоток трансформатора напряжения, Гн; С - эквивалентная емкость из элементов сети, Ф/км.
Проведем расчет ёмкостных токов в сети 6 кВ (режим изолированной нейтрали). При замыкании на землю через место повреждения будет проходить суммарный ток, определяемый емкостя-
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
ми неповрежденных фаз всей остальной сети (емкость поврежденной фазы в создании этого тока не участвует, так как она зашунтирована в месте замыкания на землю). Ток поврежденной фазы возвращается в сеть через емкости неповрежденных фаз. Что создает условие для возникновения феррорезо-нанса.
Исходные данные для определения емкости сети 6 кВ взяты на основании рабочей документации для следующих элементов энергосистемы:
• кабельные линии 6 кВ;
• воздушные линии 6 кВ;
• генератор агрегата ГТЭ;
• силовые трансформаторы 6/0,4 кВ.
Присоединения по фидерам приняты на основании эксплуатационной документации, предоставленной в качестве исходных данных.
Расчетное значение ёмкостного тока кабельной линии (1С.сь) определяется по выражению:
/С.С ъ = 1- 3Урн-2 7Г-/-С, (3)
где I - длина кабельной линии, км; и РН = Уф - фазное напряжение, В;/- частота сети, Гц; С - ёмкость одной фазы кабельной линии относительно земли, Ф/км.
Расчетное значение ёмкостного тока ( ) воздушной линии определяется по эмпирической формуле:
I .ль = (4)
где I - длина воздушной линии, км; У ь = У л - линейное напряжение, кВ.
Расчетное значение ёмкостного тока одного генератора ( ) определяется по формуле: ^с.бялг = 1' ЗиНР ' 2п ■ f ■ С = = 3-^-3 1 4-0, 0 5-1 0 - 6 = 0 , 1 7 1 (А), (5)
V з
где - фазное напряжение генератора, В;
/ - частота сети, Гц; С - ёмкость обмотки статора генератора относительно земли, Ф/км.
Итоговые расчеты емкостных токов для каждого присоединения сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Расчетные значения емкостных токов (Ic)
Table 1. Calculated values of capacitive currents (Ic)
№ ячейки/ Назначение фидера / Длина КЛ, км / Длина ВЛ, км / F с,А /
Cable line Air line length, km Total
№ cells Appointment feeder length, km current, A
1 2 3 4 5
3 Ввод 1 / Input 1 0,12 - 0,315*
4 Ввод 2 / Input 2 0,15 - 0,351*
7 Ввод 3 / Input 3 0,17 - 0,375*
8 Ввод 4 / Input 3 0,195 - 0,405*
9 Линия 1 (теплица 1) / Line 1 (Greenhouse 1) 0,045 - 0,05
10 Линия 2 (теплица 1) / Line 2 (Greenhouse 1) 0,045 0,05
15 Линия 3 (теплица 2) / Line 3 (Greenhouse 2) 0,265 - 0,263
16 Линия 4 (теплица 2) / Line 4 (Greenhouse 2) 0,265 - 0,263
17 Линия 5 (теплица 3) / Line 5 (Greenhouse 3) 0,68 - 0,676
18 Линия 6 (теплица 3) / Line 6 (Greenhouse 3) 0,68 - 0,676
19 Линия 7 (теплица 4) / Line 7 (Greenhouse 4) 0,2 19,68 0,577
20 Линия 8 (теплица 4) / Line 8 (Greenhouse 4) 0,2 19,7 0,578
21 Линия 9 (теплица 5) / Line 9 (Greenhouse 5) 0,785 - 0,78
22 Линия 10 (теплица 5) / Line 10 (Greenhouse 5) 0,785 - 0,78
23 Линия 11 (теплица 6) / Line 11 (Greenhouse 6) 0,4 - 0,439
24 Линия 12 (теплица 6) / Line 12 (Greenhouse 6) 0,4 - 0,439
25 Линия 13 (административно-бытовой комплекс) / 0,93 0,924
Line 13 (administrative complex)
26 Линия 14 (административно-бытовой комплекс) / 0,93 0,924
Line 14 (administrative complex)
27 Линия 15 (цех переработки сырья) / 1,085 1,19
Line 15 (raw material processing shop)
l ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ)
Окончание таблицы 1 / End of table 1
1 2 3 4 5
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
53
54
Источник
Линия 16 (цех переработки сырья) / Line 16 (raw material processing shop) Линия 17 (склад минеральных удобрений 1) /
Line 17 (storage of mineral fertilizers 1) Линия 18 (склад минеральных удобрений 1) /
Line 18 (storage of mineral fertilizers 1) Линия 19 (склад минеральных удобрений 2) /
Line 19 (storage of mineral fertilizers 2) Линия 20 (склад минеральных удобрений 2) /
Line 20 (storage of mineral fertilizers 2) Линия 21 (склад минеральных удобрений 3) /
Line 21 (storage of mineral fertilizers 3) Линия 22 (склад минеральных удобрений 3) /
Line 22 (storage of mineral fertilizers 3) Линия 23 (теплица 7) / Line 23 (Greenhouse 7) Линия 24 (теплица 7) / Line 24 (Greenhouse 7) Линия 25 (теплица 8) / Line 25 (Greenhouse 8) Линия 26 (теплица 8) / Line 26 (Greenhouse 8) Линия 37 (установка комплексной подготовки
газа) / Line 37 (complex gas treatment plant) Линия 38 / Line 38 (complex gas treatment plant) Линия 39 / Line 39 (complex gas treatment plant) Линия 40 / Line 40 (complex gas treatment plant) Линия 41 (теплица 8) / Line 41 (greenhouse 8) Линия 42 (теплица 8) / Line 42 (greenhouse 8) Линия 43 (теплица 9) / Line 43 (greenhouse 9) Линия 44 (теплица 9) / Line 44 (greenhouse 9) Линия 45 (осветительные мачты - 1) /
Line 45 (light towers - 1) Линия 46 (осветительные мачты - 1) /
Line 46 (light towers - 1) Линия 47 (цех водоподготовки - 1) /
Line 47 (water treatment shop - 1) Линия 48 (цех водоподготовки -1) /
Line 48 (water treatment shop -1) Линия 49 (цех водоподготовки - 2) /
Line 49 (water treatment shop - 2) Линия 50 (цех водоподготовки - 2) / Line 50 (water treatment shop - 2) Линия 51 (контрольно-пропускной пункт) / Line 51 (checkpoint) разработано авторами на основании схемы электроснабжения предприятия.
1,085 1,16 1,19 1,055 1,055 0,7
0,7
0,35 0,35 0,955 0,955
0,56
0,56 0,39 0,39 0,17 0,17 1,35 1,35
0,9 0,78 0,81 0,81 0,78 1,85** 1,85**
20,1 20,13
17,05 17,1 2,4 2,4
1,093
1,19 1,391 1,427 1,048 1,048 0,696
0,696
0,778 0,779 0,949 0,949
0,556
0,556 0,388 0,388 0,496 0,499 1,66 1,66
1,12 0,775 0,971 0,971 0,775 2,219 2,219
При расчете тока замыкания на землю емкостной ток на стороне 6 кВ от силовых трансформаторов КТП 6/0,4 кВ не учитывается ввиду того, что при рабочей частоте 50 Гц созданные емкостями сопротивления в обмотках весьма велики, соответственно, создаваемые ёмкостные токи пренебрежительно малы.
Расчетное значение суммарного ёмкостного тока кабельных линий (сь) определяется по выражению:
и VII
h
Zc.CL
10
(6)
где £ I - сумма длин кабельных линий для 2-х секций ЗРУ, км;
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
X с . С L . I s . t
U L ■ X I I 5 10
где £ I j Si ti = £ ij Ci Ш1 - сумма длин кабельных линий для первых секционных шин (sectional tires) I с.ш. закрытого распределительного устройства (ЗРУ),
км;
и l ■ £ i I I s it i
U
(8)
с i С L I I Si t 10
где £ I i i S i t i - сумма длин кабельных линий для вторых секционных шин (sectional tires) II с.ш. ЗРУ, км.
Расчетное значение суммарного ёмкостного тока воздушной линий (/^д/,) определяется по выражению:
Ul£ I
h
'£с.Л1 3 50
где £ I - сумма длин воздушных линии для 2-х секций ЗРУ, км;
Т _ и V-£ 115.С. / 1 Пч
1 £ с . С! I я . г . — —^— , (1и)
где £ I I 5 . г . - сумма длин воздушных линий для I с.ш. ЗРУ, км;
и VI I I I 5 . с .
L
X с . С L I I s . t .
350
(7) где £ í¡ j s iti - сумма длин воздушных линий для II с.ш. ЗРУ, км.
Расчетное значение суммарного ёмкостного тока четырех генераторов определяется по формуле:
I £ с i GЕ N = I с i GЕ N ' 4 i (12)
Расчетный ток замыкания на землю при включенном секционном выключателе 6 кВ определяется по выражению:
Ъс = ^Ci С L + ^ CiAL + ^Ci GEN =
= 1 8, 3 6 3 + 2,0 5 1 + 0, 1 7 1 ' 4 = 2 1, 1 (А). (13) Расчетный ток замыкания на землю на 1-й секции шин ЗРУ-6 кВ при отключенном секционном выключателе 6 кВ составит:
1 £ с I Si ti = 1 £ с i С L I si t i + 1 £ с AL I s i t i + 1 £ с i G E N I s i t i =
= 9, 1 8 1 + 1, 0 3 4 + 0, 1 7 1 ' 2 = 1 0 , 5 6 (А). (14) Расчетный ток замыкания на землю на II-й секции шин ЗРУ-6 кВ при отключенном секционном выключателе 6 кВ составит:
£ £ £ £
(11) =9, 1 8 1 + 1 , 0 1 7 + 0, 1 7 1 ' 2 = 1 0, 5 4 (А) (15)
(9)
Таблица 2. Расчетные значения суммарных емкостных токов (1С) Table 2. Calculated values of the total currents (1с)
Режим ОЗЗ / Общая длина КЛ, км / Общая длина ВЛ, км / I x с А /
Single-phase earth fault mode Cable line length, km Air line length, km Total current, A
I секция шин (СВ отключен) / I bus section (section switch off) 18,363 60,323 10,56
II секция шин (СВ отключен) / II bus section (section switch off) 18,363 59,33 10,54
Общая работа шин (СВ включен) / General operation (sectional switch on) 30,605 119,653 21,1
Источник: разработано авторами на основании схемы электроснабжения предприятия
На рис. 2 представлена ампер-секундная характеристика для предохранителя, используемая в трансформаторах напряжения типа ЗНОЛП, из которой можно сделать вывод, что при токе в районе 1,5-2 ампер произойдет почти моментальное отключение трансформатора напряжения. Из таблицы 2 видно, что токи при однофазных замыканиях на землю превышают данную уставку в 10 раз.
Результаты Действующая система электроснабжения имеет ряд существенных недостатков:
• режим однофазного замыкания на землю приводит к развитию феррорезонансных явлений и повреждению трансформаторов напряжения, что, в свою очередь, вызывает аварийный останов всего производства;
• при металлическом ОЗЗ напряжение на неповрежденных фазах повышается до линейного, что представляет повышенную опасность выхода из строя трансформаторов напряжения и для изоляции кабельных сетей с длительным сроком эксплуатации;
• возникновение значительных дуговых перенапряжений, которые могут вызвать переход ОЗЗ в двухфазные и трехфазные замыкания, многоместные повреждения изоляции;
• повышается опасность поражения людей и животных из-за длительного существования ненормального режима работы электрической сети.
Вышеописанные недостатки существенно влияют на весь объект в целом, начиная распределительными сетями 6 кВ и заканчивая потребителями электрической энергии, включающими в себя объекты АПК.
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Рис. 2. Ампер-секундная характеристика защитного предохранительного устройства с плавкой вставкой С2-33-Н-0,25 11 Ом Fig. 2. Ampere-second characteristic of a protective safety device with a fusible insert S2-33-N-0.25 11 Ohm
Источник: разработано авторами на основании данных
Обсуждение
1. На данных ГТЭС контроль напряжения сети осуществляется через 3 однофазных трансформатора напряжения серии ЗНОЛП с защитным предохранителем от феррорезонанса, который при возникновении однофазного замыкания на землю в системе электроснабжения сгорает, осуществляя свою защитную функцию, тем самым отключая трансформатор напряжения от сети, но при этом на ГТЭС перестает осуществляться контроль напряжения сети и происходит аварийный останов. Для предотвращения подобных ситуаций и для повышения надежности работы и повышения устойчивости электрооборудования к перенапряжениям при однофазных замыканиях на землю, а также от феррорезонансных явлениях в сети 6 кВ и в га-
зотурбинных электростанциях предусматривается замена трансформаторов напряжения типа ЗПОЛП-6 на антирезонансные трехфазные трансформаторы напряжения типа НАЛИ-НТЗ-6 (рис. 3).
2. С целью уравнивания потенциалов дополнительного оборудования в помещении ЗРУ 6 кВ, в котором применяется заземление или зануление, все строительные и производственные конструкции, металлические корпуса оборудования, броня и экраны кабелей присоединяются к главной шине заземления ГЗШ.
3. Корректировка уставок ОЗЗ присоединений. Уменьшение времени срабатывания защиты путем уменьшения уставки времени защиты ТЗНП до минимально возможной ^ ср = 0,1 сек.
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
Рис. 3. Схема подключения трансформатора ЗНОЛП и НАЛИ в ячейке ШВВ Fig. 3. Connection diagram of the Znolp and NALI transformer in the ShVV cell Источник: разработано авторами на основании [25]
Заключение
Вышеописанные меры позволят обеспечить:
1. Сокращение количества аварийных отключений электрооборудования предприятий АПК из-за повреждения понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ за счет феррорезонансных явлений, развивающихся от однофазного замыкания на землю.
2. Повысить надежность электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ.
3. Сократить недоотпуск сельскохозяйственной продукции, ликвидировать угрозы жизни и здоровью людей и животных из-за существенного уменьшения количества аварийных ситуаций.
4. Для повышения надежности электроснабжения предприятий АПК от понижающих трансформаторов напряжения 6/0,4 кВ предлагаются заменить ТН типа ЗНОЛП на антирезонансный трех-
фазный трансформатор НАЛИ, который может обеспечить кратковременную работу в режиме фер-рорезонанса, вызванном ОЗЗ.
5. Замена трансформатора напряжения типа ЗПОЛП на антирезонансный трехфазный трансформатор напряжения типа НАЛИ-НТЗ, который не подвержен влиянию феррорезонанса в кабельных сетях, позволит продолжать эксплуатацию энергосистемы без отключения при возникновении ферро-резонанса, что обеспечит бесперебойное электроснабжение предприятий АПК из-за сокращения времени срабатывания релейной защиты. Это позволит селективно отключать поврежденный участок и повысит надежность энергосистемы, а следовательно, обеспечивается безаварийное функционирование электропотребителей - предприятий АПК и бесперебойное производство сельскохозяйственной продукции.
Примечания:
1 Руководство по эксплуатации трансформаторов напряжения ЗНОЛП (1ГГ.671 241.000 РЭ). ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока». Свердловск. 2018 г. 25 с.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Гусев О. Ю., Гусев Ю. П., Южанин А. Е. Феррорезонансные процессы, вызванные однофазными замыканиями на землю, в распределительных сетях с компенсированной нейтралью // Актуальные проблемы электроэнергетики. Нижний Новгород, 2021. С. 337-345.
2. Авдюхин А. В., Лаптев О. И. Исследование явления «ложной земли» в трансформаторах напряжения // Интеллектуальный потенциал Сибири. Новосибирск, 2021. С. 395-397.
3. Кондратьева Н. П., Шишов А. А., Большин Р. Г. Программа для определения неисправности воздушной линии в распределительных сетях 6/10 кВ. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022611229, 21.01.2022. Заявка № 2022610178 от 11.01.2022.
4. Камалиева Л. И. Анализ индикаторов короткого замыкания в сетях 6-35 кВ // Диспетчеризация и управление в электроэнергетике. Казань, 2022. С. 156-158.
5. Максимова М. Н., Антонов В. И., Иванов М. О., Солдатов А. В. Новые принципы защиты от неустойчивых однофазных замыканий на землю // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике. Чебоксары, 2022. С. 320-323.
6. Сорокин А., Шабанов В. А. Алгоритм определения поврежденной фазы при однофазном замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2022. Т. 18. № 2. С. 52-62.
7. Сторчевой В. Ф., Уманский П. М., Сучугов С. В. Электроснабжение, электротехника с основами электроники. Москва, 2021. 128 с.
8. Kondrateva N., Bolshin R., Krasnolutskaya M., Shishov A., Filatov D., Ovchukova S., Mikheev G. Determination of the effective operating hours of the intermittent lighting system for growing vegetables // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Сер. «International AgroScience Conference, AgroScience 2021». 2021. С. 012004. Doi 10.1088/1755-1315/935/1/012004
9. Евминов Л. И., Алфёрова Т. В Применение резистивного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2022. № 2 (89). С. 53-67.
10. Гусев О. Ю., Гусев Ю. П., Южанин А. Е. Феррорезонансные процессы, вызванные однофазными замыканиями на землю, в распределительных сетях с компенсированной нейтралью // Актуальные проблемы электроэнергетики. Нижний Новгород, 2021. С. 337-345.
11. Ефанов А. В., Ярош В. А., Ястребов С. С., Перьков Е. В., Цагикян А. А. Разработка метода определения места возникновения однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью по параметрам аварийного режима // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2021. С. 76-80.
12. Туитяров А. М., Хабибуллин М. Н., Рахматуллин Р. Р. Оценка влияния многоместных замыканий на землю на потребителя 0,4 кв в электрических сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021. № 10. С. 4-8.
13. Попугаев А. В. Особенности возникновения явления феррорезонанса в энергетических системах // Электроэнергетические комплексы и системы: история, опыт, перспектива. Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, г. Санкт-Петербург, 2020. С. 153-159.
14. Попугаев А. В. Исследование особенностей явления феррорезонанса в электрических сетях 6-35 кВ на основе математического моделирования // Бюллетень результатов научных исследований. 2021. № 2. С. 59-68.
15. Ширковец А. И., Лаптева А. А. Аналитическая оценка опасности и защита от феррорезонансных процессов в распределительной сети 6-10 кВ промышленного предприятия // Энергетик. 2019. № 10. С. 39-45.
16. Шишов А. А., Ваштиев В. К., Радикова А. В. Реконструкция комплектного распределительного устройства Крун-6 кВ собственных нужд // Тинчуринские чтения - 2021 «Энергетика и цифровая трансформация» Казань, 2021. С. 155-157.
17. Жураховский А. В., Кенс Ю. А., Яцейко А. Я., Масляк Р. Я. Феррорезонансные процессы в электросетях 10 кВ c разнотипными трансформаторами напряжения // Техническая электродинамика. 2010. № 2. С. 73-77.
18. Ширковец А. И. Классификация замыканий на землю и оценка устойчивости сети к феррорезонансу на основе результатов регистрации аварийных событий // Релейная защита и автоматизация. 2013. № 3 (12). С.26-30.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
19. Шайдуллин И. А., Губаева О. Г. Расчет феррорезонансных процессов в сетях 6-10 кВ, работающих с изолированной нейтралью // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве. Казанский государственный энергетический университет. 2019. С. 379-381.
20. Жураховский А. В., Яцейко А. Я., Масляк Р. Я. Токовая защита трансформаторов напряжения от действия феррорезонансных процессов // Вюник Вшницького полггехшчного шституту. 2016. № 2 (125). С. 128-132.
21. Александров Н. М. Проверка первичного оборудования цифровой подстанции // V Международная научно-практическая конференция. 2019. С. 5-9.
22. Зилес Л. Д. Параметры и области существования феррорезонанса 50 Гц трансформаторов напряжения 110-500 кВ // Электричество. 2014. № 6. С. 25-33.
23. Ганиев А. А., Лаптев О. И. Экспериментальное исследование феррорезонансных процессов в синтетических схемах // Научные проекты образовательных школ ПРДСО-2016. Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет. 2016. С. 22-25.
24. Жураховский А. В., Кинаш Б. М., Яцейко А. Я., Масляк Р. Я. Анализ надежности функционирования трансформаторов напряжения в условиях феррорезонансных процессов // Техническая электродинамика. 2010. № 5. С. 47-51.
Статья поступила в редакцию 7.07.2022; одобрена после рецензирования 8.08.2022;
принята к публикации 10.08.2022.
Информация об авторах:
Н. П. Кондратьева - доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизированный электропривод», Spin-код: 1447-0720;
А. А. Шишов - аспирант кафедры «Автоматизированный электропривод», Spin-код: 5737-5125; Р. Г. Большин - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация и роботизация технологических процессов имени академика И. Ф. Бородина», Spin-код: 3358-4034;
М. Г. Краснолуцкая - кандидат технических наук, инженер кафедры автоматизированного электропривода, Spin-код: 4771-8088.
Заявленный вклад авторов:
Кондратьева Н. П. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста, анализ и дополнение текста статьи.
Шишов А. А. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Большин Р. Г. - сбор и обработка материалов. Краснолуцкая М. Г. - сбор и обработка материалов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Gusev O. Yu., Gusev Yu. P., Yuzhanin A. E. Ferrorezonansnye processy, vyzvannye odnofaznymi zamykaniyami na zemlyu, v raspredelitel'nyh setyah s kompensirovannoj nejtral'yu [Ferroresonance processes caused by single-phase earth faults in distribution networks with compensated neutral], Aktual'nye problemy elektroenergetiki [Actual problems of the electric power industry], Nizhnij Novgorod, 2021. pp. 337-345.
2. Avdyuhin A. V., Laptev O. I. Issledovanie yavleniya «lozhnoj zemli» v transformatorah napryazheniya [Investigation of the phenomenon of «false earth» in voltage transformers], Intellektual'nyj potencial Sibir [Intellectual potential of Siberia], Novosibirsk, 2021, pp. 395-397.
3. Kondrateva N. P., Shishov A. A., Bolshin R. G. Programma dlya opredeleniya neispravnosti vozdushnoj linii v raspredelitel'nyh setyah 6/10 kV [Program for determining the malfunction of an overhead line in 6/10 kV distribution networks] Svidetel'stvo o registracii programmy dlya EVM 2022611229, 01/21/2022. Application No. 2022610178 dated 01/11/2022.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
4. Kamalieva L. I. Analiz indikatorov korotkogo zamykaniya v setyah 6-35 kV [Analysis of short circuit indicators in 6-35 kV networks], Dispetcherizaciya i upravlenie v elektroenergetike [Dispatching and control in the electric power industry], Kazan', 2022. S. 156-158.
5. Maksimova M. N., Antonov V. I., Ivanov M. O., Soldatov A. V. Novye principy zashchity ot neustojchivyh odnofaznyh zamykanij na zemlyu [New principles of protection against intermittent single-phase earth faults], Infor-macionnye tekhnologii v elektrotekhnike i elektroenergetike [Information technologies in electrical engineering and electric power industry], Cheboksary, 2022, pp. 320-323.
6. Sorokin A., Shabanov V. A. Algoritm opredeleniya povrezhdennoj fazy pri odnofaznom zamykanii na zemlyu v setyah s izolirovannoj nejtral'yu [Algorithm for determining the damaged phase in case of a single-phase earth fault in networks with isolated neutral], Elektrotekhnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy [Electrotechnical and information complexes and systems], 2022, Vol. 18, No 2, pp. 52-62.
7. Storchevoj V. F., Umanskij P. M., Suchugov S. V. Elektrosnabzhenie, elektrotekhnika s osnovami elektroni-ki [Power supply, electrical engineering with basics of electronics], Moscow, 2021, 128 p.
8. Kondrateva N., Bolshin R., Krasnolutskaya M., Shishov A., Filatov D., Ovchukova S., Mikheev G. Determination of the effective operating hours of the intermittent lighting system for growing vegetables, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science «International AgroScience Conference, AgroScience 2021», 2021. С. 012004. Doi 10.1088/1755-1315/935/1/012004
9. Evminov L. I., Alfyorova T. V. Primenenie rezistivnogo zazemleniya nejtrali v elektricheskih setyah 635 kV [The use of resistive neutral grounding in electrical networks 6-35 kV], Vestnik Gomel'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. P. O. Suhogo [Bulletin of the Gomel State Technical University. P. O. Sukhoi], 2022, No. 2 (89), pp. 53-67.
10. Gusev O. Yu., Gusev Yu. P., YUzhanin A. E. Ferrorezonansnye processy, vyzvannye odnofaznymi zamyka-niyami na zemlyu, v raspredelitel'nyh setyah s kompensirovannoj nejtral'yu [Ferroresonance processes caused by single-phase earth faults in distribution networks with compensated neutral], Aktual'nye problemy elektroenergetiki [Actual problems of the electric power industry], Nizhnij Novgorod, 2021, pp. 337-345.
11. Efanov A. V., Yarosh V. A., Yastrebov S. S., Per'kov E. V., Cagikyan A. A. Razrabotka metoda opredeleniya mesta vozniknoveniya odnofaznogo zamykaniya na zemlyu v setyah s izolirovannoj nejtral'yu po parametram avraijnogo rezhima [Development of a method for determining the location of a single-phase ground fault in networks with an isolated neutral according to the parameters of the emergency mode], Aktual'nye problemy energetikI APK [Actual problems of energy in the agro-industrial complex], 2021, pp. 76-80.
12. Tuityarov A. M., Habibullin M. N., Rahmatullin R. R. Ocenka vliyaniya mnogomestnyh zamykanij na zemlyu na potrebitelya 0,4 kV v elektricheskih setyah 6-35 kV s izolirovannoj nejtral'yu [Assessment of the impact of multiple ground faults on the consumer 0.4 kV in electrical networks 6-35 kV with isolated neutral], Elektrooborudo-vanie: ekspluataciya i remont [Electrical equipment: operation and repair], 2021, No. 10, pp. 4-8.
13. Popugaev A. V. Osobennosti vozniknoveniya yavleniya ferrorezonansa v energeticheskih sistemah [Features of the occurrence of the phenomenon of ferroresonance in energy systems], Elektroenergeticheskie kompleksy i sistemy: istoriya, opyt, perspektiva [Electric power complexes and systems: history, experience, perspective], Petersburg State University of Communications of Emperor Alexander I, Sankt-Peterburg, 2020, pp. 153-159.
14. Popugaev A. V. Issledovanie osobennostej yavleniya ferrorezonansa v elektricheskih setyah 6-35 kV na osnove matematicheskogo modelirovaniya [Investigation of the features of the phenomenon of ferroresonance in electrical networks 6-35 kV based on mathematical modeling], Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovanij [Bulletin of Research Results], 2021, No. 2, pp. 59-68.
15. Shirkovec A. I., Lapteva A. A. Analiticheskaya ocenka opasnosti i zashchita ot ferrorezonansnyh processov v raspredelitel'noj seti 6-10 kV promyshlennogo predpriyatiya [Analytical hazard assessment and protection against ferroresonance processes in a 6-10 kV distribution network of an industrial enterprise], Energetik [Power engineer], 2019, No. 10, pp. 39-45.
16. Shishov A. A., Vashtiev V. K., Radikova A. V. Rekonstrukciya komplektnogo raspredelitel'nogo ustrojstva Krun-6 kV sobstvennyh nuzhd [Reconstruction of a complete switchgear Krun-6 kV for own needs], Tinchurinskie chteniya - 2021 «Energetika i cifrovaya transformaciya» [Tinchurin Readings - 2021 «Energy and Digital Transformation»], Kazan', 2021, pp. 155-157.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
17. Zhurahovskij A. V., Kens Yu. A., Yacejko A. Ya., Maslyak R. Ya. Ferrorezonansnye processy v elektro-setyah 10 kV c raznotipnymi transformatorami napryazheniya [Ferroresonant processes in 10 kV electrical networks with different types of voltage transformers], Tekhnicheskaya elektrodinamika [Technical electrodynamics], 2010, No. 2, pp. 73-77.
18. Shirkovec A. I. Klassifikaciya zamykanij na zemlyu i ocenka ustojchivosti seti k ferrorezonansu na osnove rezul'tatov registracii avarijnyh sobytij [Classification of earth faults and assessment of the network's resistance to fer-roresonance based on the results of emergency event registration], Relejnaya zashchita i avtomatizaciya [Relay protection and automation], 2013, No. 3 (12), pp. 26-30.
19. Shajdullin I. A., Gubaeva O. G. Raschet ferrorezonansnyh processov v setyah 6-10 kV, rabotayushchih s izo-lirovannoj nejtral'yu [Calculation of ferroresonant processes in 6-10 kV networks operating with isolated neutral], Priborostroenie i avtomatizirovannyj elektroprivod v toplivno-energeticheskom komplekse i zhilishchno-kommunal'nom hozyajstve [Instrumentation and automated electric drive in the fuel and energy complex and housing and communal services]. Kazanskij gosudarstvennyj energeticheskij universitet, 2019, pp. 379-381.
20. Zhurahovskij A. V., Yacejko A. Ya., Maslyak R. Ya. Tokovaya zashchita transformatorov napryazheniya ot dejstviya ferrorezonansnyh processov [Current protection of voltage transformers from the action of ferroresonant processes], Visnik Vinnic'kogo politekhnichnogo institute [Visnyk of the Vinnitsa Polytechnic Institute], 2016, No. 2 (125), pp. 128-132.
21. Aleksandrov N. M. Proverka pervichnogo oborudovaniya cifrovoj podstancii [Checking the primary equipment of a digital substation], V mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya [VInternational Scientific and Practical Conference], 2019, pp. 5-9.
22. Ziles L. D. Parametry i oblasti sushchestvovaniya ferrorezonansa 50 Gc transformatorov napryazheniya 110-500 kV [Parameters and areas of existence of ferroresonance 50 Hz voltage transformers 110-500 kV], Elektrich-estvo [Electricity], 2014, No. 6, pp. 25-33.
23. Ganiev A. A., Laptev O. I. Eksperimental'noe issledovanie ferrorezonansnyh processov v sinteticheskih skhemah [Experimental study of ferroresonant processes in synthetic circuits], Nauchnye proekty obrazovatel'nyh shkol PRDSO - 2016 [Scientific projects of educational schools PRDSO - 2016], Novosibirskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet, Novosibirsk, 2016, pp. 22-25.
24. Zhurahovskij A. V., Kinash B. M., Yacejko A. Ya., Maslyak R. Ya. Analiz nadezhnosti funkcionirovaniya transformatorov napryazheniya v usloviyah ferorezonansnyh processov [Analysis of the reliability of the functioning of voltage transformers in the conditions of ferroresonance processes], Tekhnicheskaya elektrodinamika [Technical electrodynamics], 2010, No. 5. pp. 47-51.
The article was submitted 7.07.2022; approved after reviewing 8.08.2022; accepted for publication 10.08.2022.
Information about the authors: N. P. Kondrateva - Ph. D. (Engineering), professor of the chair Department of Automated Electric Drive, Spin-code: 1447-0720;
A. A. Shishov - graduate student, Spin-codeд: 5737-5125;
R. G. Bolshin - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Spin-code: 3358-4034;
M. G. Krasnolutskaya - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Spin-code: 4771-8088.
Contribution of the authors: Kondrateva N. P. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Shishov A. A. - managed the research project, analyzing and supplementing the text. Bolshin R. G. - collection and processing of materials. Krasnolutskaya M. G. - collection and processing of materials.
The authors declare no conflicts of interests.
