3tom122

3. SIECI ELEKTROENERGETYCZNE 246

Zastosowany sposób połączenia z ziemią punktu neutralnego zależy od napięcia sieci (najwyższe, wysokie, średnie lub niskie). Decydują tu takie kryteria, jak: wartość przepięć, prawidłowe działanie zabezpieczeń, oddziaływanie prądu zwarciowego na środowisko, w tym zagrożenie porażeniowe, ciągłość dostawy energii, koszty.

Wartość przepięć ziemnozwarciowych określa się za pomocą współczynnika przepięć, równego stosunkowi maksymalnej wartości amplitudy nieustalonego przebiegu napięcia podczas zwarcia jednofazowego do wartości amplitudy napięcia fazowego przed zakłóceniem.

3.11.2. Sieci 110 kV, 220 kV i 400 kV

Sieci o napięciu 110 kV i wyższym pracują ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym. Wymagania szczegółowe ograniczają wzrost napięć fazowych do wartości 0,8 U_N w sieci 110 kV i 0,75 U_N w sieciach 220 kV i 400 kV, przy dowolnych niesymetrycznych zwarciach, oraz ograniczają wartość prądu zwarcia jednofazowego do poziomu prądu zwarcia trójfazowego.

Dla sieci 220 kV i 400 kV warunki te mają postać

(3.110)

X₀    Ro

K-^2    -^<0,5

A i    A i

a dla sieci 110 kV

(3.111)

przy czym: X₀ i R₀ — reaktancja i rezystancja zerowa: X_t — reaktancja zgodna.

Warunki te powinny być spełnione we wszystkich zmieniających się układach pracy sieci.

Praktycznie stosuje się uziemienie punktów neutralnych wszystkich autotransformatorów 400/220 kV i 220/110 kV, uzwojeń 400 kV transformatorów blokowych, obu stron transformatorów 400/110 kV, uzwojeń 220 kV niektórych transformatorów blokowych 220 kV oraz ok. 50% uzwojeń 110 kV transformatorów sieciowych i elektrownianych.

3.11.3. Sieci średniego napięcia

Sposób połączenia z ziemią punktu neutralnego sieci średniego napięcia, szczególnie sieci z liniami napowietrznymi, stanowi w Polsce problem częściowo otwarty; stosuje się:

—    izolowanie;

—    kompensację (w ok. 80% całkowitej długości linii SN);

—    chwilowe uziemienie (w minimalnym zakresie o charakterze próbnym);

—    trwałe uziemienie przez rezystor (wprowadzone w sieciach kablowych, obecnie w niewielkim jeszcze zakresie).

Sieć z izolowanym punktem neutralnym jest historycznie pierwszym rozwiązaniem. Obowiązują graniczne wartości prądu ziemnozwarciowego 50 A w sieciach kablowych oraz 15 A w sieciach 15 kV i 20 kV napowietrznych i kablowo-napowietrznych. Tak więc sieci, w których wartości te nie zostały przekroczone, pracują jako izolowane do czasu osiągnięcia stanu konieczności zmiany sposobu połączenia punktu neutralnego. Zdarzają się odstępstwa od obowiązujących przepisów pod warunkiem zapewnienia prawidłowego wyłączenia zwarć doziemnych. Doświadczenia wskazują na prawidłową pracę tych sieci.

W sieci izolowanej, w rzadkich przypadkach linii promieniowych, zabezpieczenia ziemnozwarciowe wykonuje się jako zerowoprądowe. W sieciach o bardziej złożonej strukturze stosuje się zabezpieczenia kierunkowe biernomocowe reagujące na składową zerową prądu oraz napięcia. Doświadczenia eksploatacyjne ze stosowania obu rodzajów zabezpieczeń są zasadniczo pozytywne. Nieprawidłowe działania zabezpieczeń zdarzają się w przypadku zastosowania przekaźników o niewłaściwej konstrukcji, jak również są spowodowane wyższymi harmonicznymi, szczególnie przy doziemieniu o łuku przerywanym w sieciach napowietrznych. Obecnie coraz częściej stosuje się zabezpieczenia admitancyjne.

Wadami sieci izolowanych są:

—    zmniejszona możliwość samolikwidacji zwarć przy znacznych wartościach prądów ziemnozwarciowych;

—    wysoki poziom i wielokrotność przepięć, często prowadzących do zwarć podwójnych i wielokrotnych;

—    utrudniona lokalizacja doziemionej linii napowietrznej przy małych wartościach prądu;

—    zagrożenie porażeniowe przy dłuższym utrzymywaniu się doziemienia w sieci napowietrznej.

Sieć kompensowana jest logicznym wynikiem historycznego rozwoju technicznego sieci izolowanych. Celem kompensacji jest zmniejszenie wartości prądu ziemnozwarciowego do poziomu resztkowego przez wprowadzenie do sieci prądu indukcyjnego w czasie zwarcia jednej fazy z ziemią. Uzyskuje się to uziemiając punkt neutralny uzwojenia średniego napięcia transformatora przez dławik gaszący lub włączając do sieci transformator gaszący. W Polsce powszechnie stosuje się pierwszy sposób, dobierając prąd znamionowy dławika do prądu pojemnościowego obszaru kompensowanej sieci. Dławik przyłącza się poprzez specjalny transformator uziemiający. Zaleca się utrzymywanie niewielkiego rozstrojenia kompensacji w granicach od —5% do +15%. Zaletami kompensacji, branymi pod uwagę w okresie jej wprowadzania, były: zmniejszenie rozmiarów uszkodzeń izolacji i powłok kabli, możliwość zasilania odbiorców pomimo występującego pojedynczego zwarcia z ziemią, zmniejszenie zagrożenia porażeniowego oraz szkodliwego oddziaływania prądów ziemnozwarciowych.

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w sieci kompensowanej rozwiązuje się jako kierunkowe czynnomocowe reagujące na składową zerową prądu oraz napięcia. W celu zwiększenia czułości i dokładności zabezpieczeń stosuje się sztuczne zwiększenie wartości składowej czynnej prądu, zwane wymuszaniem składowej czynnej.

Panuje opinia, że działanie tych zabezpieczeń jest w wielu przypadkach nieprawidłowe. Brak wiarygodnych danych statystycznych nie pozwala na ilościowe uściślenie tej opinii. Wiadomo, że nieprawidłowe działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieci kompensowanej są spowodowane wyższymi harmonicznymi przy zwarciach o łuku przerywanym, prądami uchybowymi układów Holmgreena, znacznymi wartościami prądu resztkowego kompensacji oraz znacznym rozrzutem wartości różnicy kątowej między prądami linii sprawnych a linii doziemionej. Znaczne polepszenie sytuacji uzyskuje się dzięki wprowadzaniu do eksploatacji zabezpieczeń admitancyjnych, a również cyfrowych zespołów automatyki zabezpieczeniowej.

W rezultacie sieci kompensowane charakteryzują się podobnymi wadami jak sieci izolowane, w stopniu zależnym od wartości prądu resztkowego. Ich pierwotne zalety zostały poważnie ograniczone niekorzystnym działaniem wyższych harmonicznych oraz wysokim kosztem urządzeń do płynnej regulacji urządzeń gaszących. Powszechnie spotykane duże wartości prądu resztkowego uniemożliwiają samoistną likwidację dozie-mień. Znaczne wartości powtarzających się wielokrotnie przepięć o współczynniku do 2,5 prowadzą do zwarć wielokrotnych. Prąd ziemnozwarciowy płynący przez zbrojone słupy betonowe powoduje często ich uszkodzenia.

Wady sieci kompensowanych były przyczyną wprowadzenia sieci uziemionych, a zwłaszcza z trwale uziemionym punktem neutralnym przez rezystor. Powoduje ono