Пропонується також підвищення надійності роботи мереж власних потреб 6 кВ електростанцій за рахунок перекладу всіх власних потреб однофазних замикань, що виникають в системі, на землю в глухі замикання. Для цієї мети слід підключити між збірними шинами 6 кВ і землею три однополюсні вимикачі з індивідуальним приводом і управлінням (рис.2). При виникненні будь-якого виду однофазного замикання на землю за допомогою пристрою вибору пошкодженої фази (УВПФ) відбувається автоматичне включення відповідного шунтуючого однофазного вимикача (Км1-км3), сполученого із землею, і що тим самим шунтує пошкоджену фазу. Пристрій вибору пошкодженої фази спрацьовує з витримкою часу порядка 0,5 з, відбудованою від часу дії защит на приєднаннях, що відходять. Пусковий орган УВПФ спрацьовує за умови виникнення на трансформаторі TV напруги 3Uо, що перевищує задану уставку, і при зниженні одного з фазної напруги до заданого рівня подає команду на включення відповідного шунтуючого вимикача (Км1-км3).
Обмеження перенапружень в системі власних потреб здійснюється за рахунок підключення до збірних шин нелінійних оксидно-цинкових активних опорів типу ОПН-КС-6/47. Останні забезпечують глибоке обмеження перенапружень до рівня 2Uф. Проте їх недоліком є низька термічна стійкість, оскільки допустимий час роботи складає порядка 2 з в режимі однофазного замикання на землю в мережі 6 кВ. У зв'язку з цим запропоновано в ланцюзі нейтралі фазних ОПН, сполучених в зірку (рис.1), підключити однополюсний вимикач, через який відбувається з'єднання нейтралі ОПН із землею. При цьому між шунтуючими вимикачами Км1-км3 і вимикачем нейтралі ОПН Км0 виконується блокування, яке при включенні будь-якого з шунтуючих вимикачів автоматично відключає вимикач нейтралі Км0 і переводить два послідовно сполучених ОПН на підключення до лінійної напруги, чим обмежується їх час роботи при однофазному замиканні на землю.
Придушення перенапружень в мережі з моменту початку горіння дуги до моменту шунтування пошкодженої фази однополюсним контактором (Км1-км3) успішно можна здійснювати обмежувачами перенапружень типу ОПН, включеними по пропонованій схемі (рис.1) для здійснення термостабільності. Це дозволяє відмовитися від установки в мережі додаткового устаткування (приєднувального трансформатора і бэтеловых резисторів) і, крім того, реалізація такого технічного рішення обмежує тривалість існування дугових замикань і супутніх ним перенапружень часом порядка 0,5 з до моменту включення шунтуючого контактора.
В умовах відсутності в даний час надійних засобів захисту мереж 6кВ власних потреб електростанцій від наслідків однофазних замикань на землю, ведеться пошук ефективного вирішення проблеми підвищення надійності роботи електроустаткування, що полягає в оптимізації і управлінні режимом нейтралі мережі для забезпечення максимального обмеження амплітуди і тривалості всіх можливих в експлуатації підвищень напруги і зниження теплових втрат в місці пробою ізоляції. Для вирішення поставленого завдання найбільш раціональним є використання математичної моделі, яка дозволяє оцінити можливий рівень перенапружень в мережі з урахуванням її реальних параметрів, а також ефективність застосування того або іншого технічного рішення.
Особливістю моделі є можливість аналізу однофазних глухих і дугових замикань на землю не тільки поблизу збірних шин, але і в індуктивних обмотках двигунів, трансформаторів, а також замикань за наявності зсуву нейтралі, викликаного несиметрією навантаження. На рис.3 приведена схема заміщення мережі власних потреб електростанції і стрілками показані шляхи протікання струмів в нормальному режимі. Дана мережа представлена зосередженими параметрами: фазними і міжфазними ємкостями і активними опорами, взаємоиндукцією між фазами. Джерело живлення і спеціальний приєднувальний трансформатор включені в схему відповідними фазними индуктивностями розсіяння і активними опорами. Високовольтні двигуни введені в схему заміщення фазними надперехідними индуктивностями розсіяння і активними опорами. У нейтраль приєднувального трансформатора включені струмообмежувальний резистор і реактор. Ланцюг замикання фази на землю в обмотці двигуна імітується ємкістю і активним опором дуги. Схема описується системою диференціальних рівнянь щодо невідомих контурних струмів і напруги у вузлах. У операторній формі ця система має вигляд:
До цих рівнянь необхідно додати також диференціальні рівняння, записані для напруги на ємкостях. Ці рівняння мають вигляд:
Аналіз подібних режимів за допомогою описаної моделі дозволить оцінити працездатність різних видів защит від замикань на землю, вибрати такий режим роботи нейтралі, при якому перенапруження будуть мінімальними, а також визначити граничну тривалість існування дугового замикання з умови термічної стійкості розрядників типу ОПН.
У разі резистивного заземлення нейтралі ця математична модель дозволяє не тільки оцінити очікувану кратність перенапружень, але і, виходячи з поставлених умов, вибрати значення номінала заземляючого резистора, що у свою чергу є вельми непростим завданням.
Низькоомне резистивне заземлення нейтралі покликане створити струм при однофазному замиканні в десятки і навіть сотні ампер і, природно, поєднується з пристроєм релейного захисту, що діє на негайне відключення пошкодженого приєднання. Величина струму в місці замикання вибирається виходячи з необхідної чутливості роботи пристроїв релейного захисту. Проведені дослідження показують, що такий режим заземлення нейтралі обоспечивает достатньо глибоке (до 2,2-2,4 Uф) обмеження перенапружень і скорочує до мінімуму час їх дії.
Обмеження перенапружень відбувається за рахунок створення шляху стікання зарядів ємкостей здорових фаз на землю через активний опір, включений в нейтраль спеціального приєднувального трансформатора.
У роботі передбачається доповнити схему заміщення для точнішого моделювання процесів, що протікають при однофазних замиканнях на землю. Це у свою чергу спричинить збільшення кількості диференціальних рівнянь, але при цьому з'явиться можливість враховувати струми від двигунів власних потреб в місці замикання. Облік впливу двигунів дозволить більш вибрати уставки спрацьовування релейного захисту для її надійної і селективної дії при виникненні пошкодження.
Окрім цього наявність в схемі нелінійних елементів, наприклад, оксидно-цинкових активних опорів (ОПН) і вимірювального трансформатора напруги з нелінійною характеристикою, приводить до необхідності обліку їх параметрів, які є функціями від величин, залежних від режиму роботи системи. У програмі ці нелінійні характеристики задаються за допомогою умовних операторів, що реалізовують таким чином кусочно-лінійну апроксимацію. Це не може не привести до деякої погрішності при проведенні досліджень. Тому в роботі також ставиться завдання апроксимації нелінійних характеристик за допомогою методу найменших квадратів, що більшою мірою відповідає фізиці процесів, що протікають в схемі.
Проте на цьому перелік невирішених питань не вичерпується, оскільки при виборі режиму нейтралі для кожної конкретної мережі повинні враховуватися її специфічні особливості, зокрема: її параметри, стан ізоляції, категорія споживачів, наявність засобів захисту від замикань на землю, вимоги до електробезпеки і так далі Саме тому з'являються нові перспективи дослідження в роботі.
Висновки
1. Основною причиною високої повреждаемости електроустаткування в мережах середнього класу напруги є дугові перенапруження, що виникають при переміжному характері горіння дуги в місці пробою фазної ізоляції на землю.
2. Проблема підвищення надійності роботи розподільних мереж напругою 6-10 кВ складається з цілого комплексу завдань, ефективне вирішення яких може бути знайдене для кожної конкретної мережі індивідуально з урахуванням характерних її особливостей на основі комбінованого використання засобів релейного захисту, вдосконалення режиму заземлення нейтралі, застосування обмежувачів серії ОПН з різними порогами обмеження і системи швидкого і автоматичного шунтування пошкодженої фази.
3. Ефективне вирішення проблеми підвищення надійності роботи розподільних мереж напругою 6-10 кВ може бути знайдено на основі проведення великого об'єму наукових і експериментальних досліджень.