МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Мурманский арктический государственный университет» в г. Апатиты (филиал МАГУ в г. Апатиты) КАФЕДРА ФИЗИКИ, БИОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Дисциплина «Основы проектирования» КУРСОВАЯ РАБОТА на тему: «Однофазное замыкание на землю в линиях электропередачи 6-35 кВ» Выполнил обучающийся 2 курса Белоусов Алексей Германович Направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника Направленность (профиль): Высоковольтные электроэнергетика и электротехника очная форма обучения группа 2БЭЭ-ВЭЭ(зу3и8)АФ Научный руководитель: Николаев Сергей Викторович преподаватель г. Апатиты 2023 г. – старший СОДЕРЖАНИЕ 1. Процессы, протекающие в сетях 6-35 кВ при ОЗЗ ......................................... 3 2. Растекание тока в земле при ОЗЗ. Напряжение шага ..................................... 6 3. Основные типы защит от ОЗЗ ......................................................................... 8 4. Определение места замыкания на землю на воздушных линиях 6-35 кВ. Устранение аварии ............................................................................................. 12 5. Правила электробезасности в зоне шагового напряжения. Оказание первой медицинской помощи пострадавшему от действия электрического тока ...... 15 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................. 18 2 1. Процессы, протекающие в сетях 6-35 кВ при ОЗЗ Cуть процесса электроснабжения заключается в доставке электроэнергии от места, где она производится (электрические станции) до места ее потребления (электроприемники). Транспорт электроэнергии осуществляется по электрическим сетям, включающим в себя линии электропередачи, силовые трансформаторы, распределительные устройства и другое вспомогательное оборудование. Сама по себе передача электроэнергии производится по специальным трехфазным электрическим цепям высокого напряжения, чем выше уровень напряжения, тем с меньшими потерями мощности происходит доставка электроэнергии по цепи, но при этом повышение напряжения увеличивает стоимость самой электроустановки, таким образом, выбор оптимального уровня напряжения электроустановки – это сложная техникоэкономическая задача. Как правило, распределение электроэнергии к потребителям осуществляется на классе напряжения 6-35 кВ, но иногда можно встретить подстанции глубокого ввода, когда распределение электроэнергии к очень мощным электроприемникам осуществляется на напряжении 110-220 кВ. Одна из особенностей транспорта электроэнергии заключается в наличии нейтрального провода в схеме, который представляет из себя общую точку источников питания трехфазной электрической системы, также называемой нейтралью. Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю - это вид повреждения, когда одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. Процессы, протекающие в сети при возникновении такого замыкания, значительным образом зависят от режима работы нейтрали данной сети. В сетях с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания на землю замыкается через емкости неповрежденных фаз. Его значение невелико и 3 определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. Соотношения линейных напряжений при возникновении однофазного замыкания на землю не изменяются, что позволяет эксплуатировать сеть, не отключая повреждения данного вида незамедлительно. Однако, однофазное замыкание на землю представляет значительную опасность для оборудования, вследствие того, что уравнивание потенциала поврежденной фазы и земли приводит к увеличению напряжения между неповрежденными фазами и землей до значения порядка номинального линейного напряжения сети. Изоляция неповрежденных фаз в результате воздействия повышенного напряжения подвержена ускоренному старению, что в конечном счете может привести к замыканию на землю других фаз и возникновению двойного замыкания на землю, являющегося коротким замыканием и требующего немедленного отключения поврежденного участка сети. Кроме того, ток однофазного замыкания, растекаясь по земле вблизи места замыкания на землю, представляет опасность для жизни людей и животных. В сетях с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием. Ток повреждения в данном случае замыкается через заземленные нейтрали первичного оборудования и имеет значительную величину. Такое повреждение требует немедленного обесточивания поврежденного участка. Учитывая данную особенность, а также сложность реализации изоляции между фазными проводами и землей для различных классов напряжения (чем выше класс напряжения, тем сложнее эту изоляцию выполнить), то выбор оптимального типа нейтрали также является сложной технико-экономической задачей. 70-90% электричеcких повреждений приходится на ОЗЗ. Причины однофазных замыканий на землю могут быть весьма различны, но все они электроустановок, возникают особенно из-за на нарушения кабельных изоляции или оборудования воздушных линиях электропередачи. Нарушение изоляции может быть по причине ее старения, а 4 также вследствие механических воздействий на электроустановку, чаще это повреждение кабеля при проведении земляных работ или падение ветки дерева на провод воздушной линии и т.д. В России данная задача нашла решение в таком виде, что распределительные сети уровнем 6-35 кВ эксплуатируются в изолированном от земли режиме нейтрали источников питания, а сети более высокого уровня напряжения эксплуатируются в режиме, когда нейтраль напрямую связана с землей – глухозаземленный и эффективный режим нейтрали. 5 2. Растекание тока в земле при ОЗЗ. Напряжение шага Как часто вы видите ток, протекающий по проводам? Всем известно, что ток невидим. Увидеть его, значит столкнуться с аварийной ситуацией лицом к лицу. Если оголенный провод падает на землю, такой реакции не происходит, но вокруг места касания этого провода будет напряжение. На расстоянии шага оно представляет большую опасность. В этой и подобных ситуациях: разницу потенциалов между двумя точками электрической цепи тока, находящимися на расстоянии шага одна от другой, на которых одновременно стоит человек, называют шаговым напряжением или напряжением шага, представлено на рисунке. Рисунок – Возникновение шагового напряжения Причины возникновения шагового напряжения. По принципу проводимости электрического тока все материалы делятся на проводники и диэлектрики. Так, например, земля являет проводником, особенно в сырую погоду. Если при обрыве провода линии электропередачи, он 6 касается земли, то там образуется опасная зона, в которой и возникает напряжение шага. Подобная ситуация происходит, когда молния попадает в молниеотвод, который соединён с электроустановкой. В этом случае образуется контакт между токопроводящими элементами установки и землей, на которой образуется зона под напряжением. Причиной для образования зоны опасного напряжения шага может послужить: – Авария на электрической подстанции; – Короткое замыкание воздушных линий на улице или кабельных – в помещении. Все вышеперечисленные случаи представляют опасность для людей и животных. 7 3. Основные типы защит от ОЗЗ Защита от замыканий на землю в обмотке статора синхронных генераторов является одним из важнейших видов защит, поскольку замыкание на землю может быть начальной стадией более тяжелого повреждения обмотки, а именно виткового или междуфазного. Защита от замыканий на землю в отличие от других видов защит имеет особенность, заключающуюся в том, что способ её выполнения и состав технических средств, для реализации не поддается типизации, а зависит от схемы подключения генератора, параметров режима заземления нейтрали сети, в которой работает генератор. Факторами, усложняющими выполнение защиты от замыканий на землю, является требование отсутствия зоны нечувствительности при замыканиях вблизи нейтрали обмотки статора и обеспечения правильной работы защиты, как при устойчивых, так и при дуговых перемежающихся замыканиях. Названные требования должны выполняться как в схемах, в которых генератор работает в блоке с трансформатором и не имеет гальванической связи с другими генераторами и с внешней сетью, так и в схемах, где такая связь имеется. В последнем случае дополнительно должна обеспечиваться функция селективности по отношению к поврежденному генератору. Эта задача может быть решена только на основе измерения токов нулевой последовательности в первичных цепях генератора. При этом для защиты мощных генераторов практически могут использоваться только фильтры токов нулевой последовательности (ФТНП), составленные из трех типовых фазных трансформаторов тока. Сравнительно большой ток небаланса таких фильтров не позволяет использованием возможностью использование выполнить токов для выполнения или достаточной промышленной естественных последовательности защиту частоты. защиты высших искусственно в чувствительности Поэтому таких гармоник наложенных 8 с единственной условиях является в нулевой токе токов с частотой, отличающейся от промышленной, так как это дает возможность отстройки от тока небаланса по частоте. При сравнении и оценке методов и средств защиты от замыкания на землю при различных первичных схемах определенным общим обстоятельством является то, что в схемах без гальванической связи генератора с другими генераторами или с внешней сетью функции отсутствия зоны нечувствительности и работоспособности при перемежающихся замыканиях на землю могут быть разделены. Это объясняется тем, что перемежающиеся замыкания могут иметь место при замыкании на землю в точках обмотки статора, удаленных от нейтрали, где напряжение достаточно высокое. Эта функция в блоках с одним генератором во всех случаях выполняется защитой, реагирующей зоны действия защиты, реагирующей на напряжения нулевой последовательности, и выполненной тем или иным способом защиты, работающей при замыкании вблизи нейтрали, перекрываются, то к последней может не предъявляться требование работоспособности при перемежающихся замыканиях. При наличии гальванической связи генераторов с внешними элементами и сохранения требования избирательности по отношению к поврежденному генератору, очевидно, что использование защиты напряжения нулевой последовательности, как основной, невозможно. Поэтому защита, выполняемая в таких случаях на базе использования естественных или искусственно создаваемых токов с частотой, отличающейся от промышленной, не должна иметь зоны нечувствительности и правильно функционировать при перемежающихся замыканиях. В ряде случаев задача выполнения защиты может быть решена применением одного из нескольких возможных вариантов, удовлетворяющих основным требованиям по принципу действия. В таких условиях было бы неправильным придавать каким-либо методам и конкретным устройствам защиты свойства абсолютного преимущества. 9 Опыт разработки и эксплуатации защит от замыканий на землю, накопленный различными отечественными и зарубежными компаниями позволяет, в основном, достаточно обоснованно выделить области применения для устройств, выполненных на тех или иных принципах. Нередко, при прочих равных условиях, выбор конкретного решения определяется также и предпочтением заказчика – эксплуатационного персонала электростанции. Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором и не имеющих гальванической связи с другими генераторами и внешней сетью, как уже упоминалось, очень эффективной использовании напряжения нулевой является защита, основанная последовательности на промышленной частоты. Напряжение срабатывания отстраивается от напряжения небаланса фильтра напряжения нулевой последовательности. При выполнении измерительного органа напряжения с фильтром основной частоты защита охватывает 90-95% витком обмотки статора. Большим достоинством данной защиты является её работоспособность при дуговых перемежающихся замыканиях. Для устранения зоны нечувствительности при замыкании вблизи нейтрали в настоящее время нашли применение три метода. Метод, основанный на сравнении составляющих третьей гармоники в напряжении нулевой последовательности на выводах и в нейтрали генератора, метод наложения на первичные цепи генератора переменного тока с частотой, отличающейся от промышленной, и метод наложения постоянного тока. Выбор устройства защиты с наложением постоянного тока при прочих равных условиях часто определяется фактором предпочтения персонала объекта, имеющего опыт эксплуатации такого вида защиты. Это объясняется тем, что кроме полноценного выполнения основных функций устройство защиты с наложением постоянного тока обладает свойством обнаружения некоторых повреждений в цепях статора генератора на ранней стадии. В устройстве защиты с наложением постоянного тока может быть реализована функция непрерывного контроля эквивалентного сопротивления 10 цепей статора генератора относительно земли с подачей сигнала при снижении этого сопротивления до установленного уровня. 11 4. Определение места замыкания на землю на воздушных линиях 635 кВ. Устранение аварии При возникновении замыкания на землю необходимо незамедлительно приступить к отысканию места повреждения и устранить его в кратчайший срок. Задержка в определении места повреждения увеличивает вероятность перехода замыкания на землю в межфазное КЗ. О появлении замыкания на землю в сети 6/10/35кВ дежурный ПС узнает по световой и звуковой сигнализации. Определение фазы, имеющей замыкание на землю, осуществляется по показаниям фазных киловольтметров, подключенных к ТН 6/10/35кВ 1С (1 секция шин 6/10/35кВ) или ТН 6/10/35кВ 2С (2 секция шин 6/10/35кВ). При металлическом замыкании на землю одной из фаз показание киловольтметра этой фазы будет равным нулю, а показания киловольтметров двух других фаз возрастут в 1,73 раза. При неполном замыкании на землю, т. е. при замыкании через сопротивление, показания киловольтметра поврежденной фазы уменьшается, а показания киловольтметров двух других фаз увеличивается. При перемежающихся замыканиях на землю показания фазных киловольтметров то уменьшаются, то увеличиваются. Следует отличать признаки замыкания на землю одной из фаз от признаков иных повреждений в электрической сети: – в случае обрыва фазы на стороне высокого напряжения силового трансформатора, выполненного по схеме «звезда-треугольник», фазные киловольтметры на стороне низкого напряжения будут иметь искаженные показания: на одной фазе напряжение будет вдвое больше, чем на двух других. – при перегорании плавкого предохранителя на стороне высшего или низшего напряжения трансформатора напряжения шин или присоединений РУ показание киловольтметра фазы с перегоревшим предохранителем будет близким к нулю, а других фаз - не изменится. 12 Если появление замыкания на землю совпало по времени с включением выключателя какого-либо присоединения, необходимо незамедлительно отключить этот выключатель и проконтролировать исчезновение замыкания на землю. Автоматическое отключение какой-либо линии с успешным АПВ и появление замыкания на землю в этот момент в большинстве случаев являются признаком наличия такого замыкания на этой линии. Определение места замыкания на землю в замкнутой сети, в случае отсутствия специальных приборов, указывающих, на какой ЛЭП имеется замыкание на землю, производиться методом последовательного деления электрической сети. Деление сети в пределах ПС выполняет оперативный персонал ПС по согласованию (командам) с диспетчером РСК, до определения участка электрической сети с замыканием на землю, состоящего из С (СШ) питающей подстанции и отходящих от нее ЛЭП, питающих тупиковые подстанции. Деление прилегающей к ПС распределительной сети выполняется диспетчером РСК, в чьем управлении находятся ЛЭП. При появлении «земли» в сети с изолированной нейтралью оперативному персоналу ПС необходимо: – записать показания киловольтметра, выяснить на какой секции «земля»; – убедиться, что причиной работы контроля изоляции не является обрыв фазы на стороне высокого напряжения силового трансформатора или перегорание предохранителей ТН данной секции; – осмотреть оборудование РУ сети с изолированной нейтралью с применением электрозащитных средств от шагового напряжения и напряжения прикосновения. Если повреждение не обнаружено, то с разрешения и по команде диспетчера, в управлении которого находятся ЛЭП сети, поочередно, кратковременно отключить выключатели отходящих ЛЭП, следя за показаниями фазных киловольтметров и срабатыванием сигнальных устройств. Исчезновение замыкания на землю показывает, что данная линия имеет 13 повреждение. При обнаружении «земли» на ЛЭП данная ячейка выводится в ремонт. Кратковременное потребителей, перерыв отключение энергопринимающих электроснабжения производится по согласованию с ними. 14 которых не установок допускается, 5. Правила электробезасности в зоне шагового напряжения. Оказание первой медицинской помощи пострадавшему от действия электрического тока Поражение электротоком – это тот случай, когда человека обязательно нужно показать медицинским работникам, даже если была грамотно оказана доврачебная помощь. Ток может поразить внутренние органы, например, сердце или легкие, но сразу это заметно не будет, а проблемы проявятся позже. По этой же причине после сильного удара тока нужно постоянно наблюдать пострадавшего, проверять его самочувствие, при необходимости – немедленно показывать медицинскому персоналу. Однако в наших силах принять меры по сохранению здоровья человека, по спасению его жизни после удара током, пока на место происшествия не прибыла скорая медицинская помощь. Алгоритм действий при оказании помощи пораженному электрическим током Как можно быстрее вызовите медицинскую бригаду и приступайте к спасению человека. Лучше, если несколько человек будут заниматься этим одновременно. Алгоритм ваших действий: 1. Если это возможно – сразу отключите электроустановку, до части которой дотронулся пострадавший. Нужно как можно скорее прекратить воздействие тока на него. От того, как долго ток будет действовать, будут зависеть и последствия. Самостоятельно разжать руку или отойти, когда бьет ток, человеку может быть очень сложно или невозможно, поэтому требуется срочная посторонняя помощь. 2. Когда отключить установку нет возможности, а человек держится за край кабеля или провода, кабель можно отрубить топором или другим подобным инструментом. У топора должна быть изолированная ручка – деревянная или пластиковая. Она обязательно должна быть сухой. 15 3. В электроустановках до 1000 Вольт допускается применение подручных средств (все они должны быть сухими и изолированными). Чтобы оттянуть человека, можно использовать деревянные палки, доски, сухие канаты. При условии, что у пораженного сухая одежда, можно потянуть за нее. При этом нужно быть внимательными и соблюдать меры предосторожности, заботиться о собственной безопасности: не прикасаться к самому человеку, его голой коже, а также к каким-либо предметам из металла и мокрым вещам. 4. В электроустановках выше 1000 Вольт уже должны использоваться специальные инструменты и средства защиты: диэлектрические перчатки, ботинки или галоши, а также изолирующие штанги и щипцы. Средства защиты от воздействия электрического тока 1. Под упавшего пораженного следует подложить сухую деревянную доску или фанеру. 2. Проверить наличие пульса и на запястье, и на шее. 3. Проверить зрачки: слишком широкие зрачки будут указывать на то, что кровоснабжение мозга пострадавшего сильно ухудшилось. Далее действия зависят от того, в каком состоянии оказался человек после воздействия тока. Оказание первой помощи при поражении электрическим током Самые простые меры принимаются, если он в сознании. Пораженному нужно обеспечить покой. Пока вы дожидаетесь мед.помощи, уложите его как можно удобнее, укройте одеялом, постоянно проверяйте дыхание и пульс. При наличии ожогов, ушибов или переломов требуется оказание соответствующей доврачебной помощи. Если ничего подобного не обнаружено, не пытайтесь давать пострадавшему какие-то мед.препараты. Человеку, потерявшему сознание, также нужен покой. Важно проверить, дышит ли он при этом. Необходимо уложить его на мягкую подстилку, расстегнуть на нем одежду, чтобы она не мешала дыханию, обеспечить доступ кислорода. Также меры спасения включают себя очищение рта: в его полости может скопиться кровь и слизь. До приезда медицинской бригады нужно 16 постараться согреть пострадавшего, а также следить за состоянием его дыхания. Алгоритм действий включает в себя искусственное дыхание и непрямой массаж сердца, если пострадавший не подает признаков жизни или дышит прерывисто. Перед тем, как начать эти процедуры, как и в предыдущем случае, нужно освободить пораженного от стесняющей одежды, а также очистить его ротовую полость. Продолжать делать искусственное дыхание и массаж нужно до тех пор, пока человек не придет в себя или не приедет мед.персонал. 17 Список литературы 1. Кузовкин, В.А. Электротехника и электроника: Учебник для бакалавров / В.А. Кузовкин, В.В. Филатов. - М.: Юрайт, 2016. - 431 c. 2. Лоторейчук, Е.А. Теоретические основы электротехники.: Учебник / Е.А. Лоторейчук. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 320 c. 3. Миловзоров, О.В. Электроника: Учебник для бакалавров / О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. - М.: Юрайт, 2017. - 407 c. 4. Морозова, Н.Ю. Электротехника и электроника: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / Н.Ю. Морозова. - М.: ИЦ Академия, 2017. - 288 c. 5. Немцов, М.В. Электротехника и электроника: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М.В. Немцов, М.Л. Немцова. М.: ИЦ Академия, 2017. - 480 c. 6. Новожилов, О.П. Электротехника и электроника: Учебник для бакалавров / О.П. Новожилов. - М.: Юрайт, 2016. - 653 c. 7. Покотило, С.А. Справочник по электротехнике и электронике / С.А. Покотило. - Рн/Д: Феникс, 2018. - 282 c. 8. Прянишников, В.А. Теоретические основы электротехники: Курс лекций / В.А. Прянишников. - СПб.: КОРОНА-принт, 2015. - 368 c. 9. Розум, Т.Т. Сборник задач по электротехнике и электронике: Учебное пособие / Ю.В. Бладыко, Т.Т. Розум, Ю.А. Куварзин; Под общ. ред. Ю.В. Бладыко. - Мн.: Вышэйшая шк., 2017. - 478 c. 10. Синдеев, Ю.Г. Электротехника с основами электроники: Учебное пособие для профессиональных училищ, лицеев и колледжей / Ю.Г. Синдеев. Рн/Д: Феникс, 2018. - 407 c. 18