Instructiuni privind tratarea neutrului in retelele de medie tensiune

INSTRUCTIUNI PRIVIND TRATAREA NEUTRULUI IN RETELELE DE MEDIE TENSIUNE

Ca urmare a cercetarilor efectuate in ultimii ani, s-a hotarat diversificarea solutiilor de tratare a neutrului retelelor electrice, in baza criteriilor si cerintelor evidentiate la pct. 9.1.1. Tinand seama de aceste criterii, in subcapitolele 9.1 si 9.2 se fac recomandari referitoare la alegerea solutiei de tratare a neutrului retelelor electrice de medie tensiune de distributie (subcapitolul 9.1) si a retelelor electrice de medie tensiune ale centralelor electrice (subcapitolul 9.2) .

In cele ce urmeaza se prezinta solutiile de baza ale tratarii neutrului retelelor electrice de medie tensiune prin rezistenta (subcapitolul 1) si prin bobina de compensare subcapitolul 2), precum si o serie de sisteme de automatizare asociate acestor solutii de tratare a neutrului, sisteme experimentate cu succes in ultimii ani in retelele de medie tensiune din Romania, si anume

Sistemul de automatizare "intreruptor sunt" care asigura eliminarea defectelor monofazate

trecatoare fara deconectarea consumatorilor in cazul retelelor electrice aeriene sau mixte cu

neutrul tratat prin rezistenta (pct. 1.1.3)

- Sistemul de automatizare de conectarea automata a unui rezistor in paralel cu bobina de

compensare pentru selectarea si declansarea defectelor monofazate permanente in cazul

retelelor electrice cu neutrul tratat prin bobina de compensare (pct. 2.4)

1.- Tratarea neutrului prin rezistenta

Rezistentele de tratare a neutrului in retelele electrice de medie tensiune au rolul de a limita curentul de scurtcircuit monofazat la valori acceptabile pentru instalatii, de a micsora supratensiunile de comutatie in cazul punerilor la pamant, de a elimina rapid defectele permanente, precum si de a simplifica si creste eficienta protectiei prin relee.

1.1.- Alegerea valorilor si a locului de montare a rezistoarelor de legare la pamant a

neutrului retelelor electrice de distributie de medie tensiune

1.1.1.- La determinarea valorilor rezistentelor de legare la pamant a neutrului trebuie sa se tina seama de urmatoarele

a) asigurarea sensibilitatii protectiilor la defecte monofazate;

b) conditiile de dimensionare a instalatiilor de legare la pamant si a echipamentelor

Curentul capacitiv de punere simpla la pamant a unei retele electrice se determina prin masuratori sau, in lipsa acestora, se poate determina utilizandu-se date din literatura de specialitate, cataloage sau relatia

(A/km),

unde

I_cp - curentul capacitiv de punere la pamant

U_f - tensiunea pe faza a retelei, in kV

w - pulsatia

C₁₀ - capacitatea in raport cu pamantul a conductorului (capacitate partiala), in nF/km.

Curentul capacitiv total de punere la pamant al unei retele electrice cuplate galvanic la un moment dat se obtine adunand curentii capacitivi de punere la pamant ai tuturor LEA si cablurilor din aceasta retea.

Valoarea curentului de scurtcircuit monofazat in retelele cu neutrul legat la pamant prin rezistenta se determina cu relatia

+ j I_cp

in care

U_f - tensiunea pe faza

R_N - valoarea rezistentei de legare la pamant a neutrului

r- valoarea rezistentei de trecere la locul defectului

Z₊ , Z₀ - impedantele de secventa pozitiva si, respectiv, de secventa zero a retelei electrice

redusa la punctul de scurtcircuit.

Pentru dimensionarea rezistentei de legare la pamant a neutrului se considera un scurtcircuit metalic net (r=0) produs in statia in care este instalata rezistenta si nu se ia in considerare curentul capacitiv de punere la pamant a retelei electrice legate galvanic I_cp

Pentru reducerea valorilor supratensiunilor de comutatie, literatura de specialitate recomanda ca intre curentul rezistiv (I_R) si curentul capacitiv (I_C) la locul de defect sa existe relatia

I_R 2I_C

In tabelul 1 sunt prezentate orientativ valorile rezistentelor de tratare a neutrului R_N, in W, in functie de curentul de scurtcircuit monofazat specificat in pct. 9.1.5 din capitolul IX din prezentul normativ

Tabelul 1.

1.1.2.- In ordinea preferentiala se prevad urmatoarele solutii de legare a rezistentelor de tratare a neutrului

a) la neutrul transformatorului de putere, atunci cand infasurarea de medie tensiune are

conexiunea stea si neutrul accesibil (figura 1.a)

b) la neutrul bobinei pentru neutru (BPN), montata direct la bornele transformatorului de

putere (figura 1.b)

c) la neutrul transformatorului serviciilor proprii (TSP) (figura 1.c).

Schemele de detaliu de montare a rezistentelor de punere la pamant a neutrului in retelele electrice de medie tensiune sunt prezentate in indreptarele, care trateaza atat comutatia primara, cat si comutatia secundara.

1.1.3.- In conformitate cu pct.9.1.5, pentru cresterea calitatii in alimentarea consumatorilor racordati la retelele electrice aeriene sau mixte cu neutrul tratat prin rezistenta si cresterea sigurantei in functionare a acestor retele se poate adopta sistemul de automatizare "intreruptor sunt" care asigura eliminarea defectelor monofazate trecatoare fara deconectarea consumatorilor.

In figura 2. este prezentata schema de principiu de functionare a solutiei "Intreruptor de suntare".

Principiul solutiei consta in suntarea, fara temporizare, pentru un interval de de timp Dt, a  defectului monofazat prin inchiderea fara temporizare a polului P1 al 'intreruptorului de suntare'.

In cazul in care defectul a fost trecator pasager), functionarea retelei revine la normal dupa deschiderea polului P1. Daca in intervalul de timp Dt defectul nu a fost eliminat, el este considerat defect permanent, care va fi selectat si declansat rapid prin functionarea protectiilor si automatizarilor conventionale specifice retelelor electrice cu neutrul tratat prin rezistenta.

1.2.- Solutii de realizare a legarii la pamant prin rezistenta a neutrului retelelor

de servicii proprii de medie tensiune din centralele electrice

1.2.1. La determinarea valorilor rezistentelor de legare la pamant a neutrului trebuie sa se tina seama de prevederile de la pct. 1.1.1 din prezenta anexa.

1.2.2. In functie de echipamentele primare de care se dispune, se vor utiliza urmatoarele solutii de legare la pamant prin rezistenta a neutrului retelelor de servicii proprii de medie tensiune ale termocentralelor, in urmatoarea ordine de prioritate

a) cu transformatoare de alimentare a serviciilor proprii, cu conexiunea stea pe partea de

medie tensiune si neutrul accesibil (figura 3.a)

b) cu bobine pentru crearea neutrului artificial (BPN) si rezistor (R_N), conectate in derivatie la

bornele de medie tensiune ale transformatoarelor de alimentare a serviciilor proprii de bloc

(figura 3.b)

c) cu bobine pentru crearea neutrului artificial (BPN) si rezistor (R_N), conectate pe barele

statiilor de servicii proprii de medie tensiune (figura 3.c)

d) cu transformatoare speciale de masura si protectie (TSMP) cu secundarul in triunghi

deschis, unde se conecteaza rezistorul (R_N) (figura 3.d).

Solutia recomandata, din punct de vedere economic si/sau al sigurantei in functionare, pentru legarea la pamant prin rezistenta a neutrului retelelor de servicii proprii de medie tensiune ale termocentralelor este utilizarea transformatoarelor de alimentare a serviciilor proprii cu conexiunea stea pe partea de medie tensiune si neutrul accesibil (solutia a, figura 3.a).

Solutia b (figura 3.b) se aplica la termocentralele existente, care au transformatoarele de alimentare a serviciilor proprii cu conexiunea triunghi pe partea de medie tensiune.

Solutia c (figura 3.c) prezinta dezavantajul ca nu se realizeaza comutarea BPN+R_N odata cu sursa de alimentare a barelor de servicii proprii (transformatorul de alimentare), ceea ce creaza posibilitatea ca, prin manevre sau declansari prin protectie ale transformatorului de alimentare si functionarea instalatiei de AAR, sa ramana conectate mai multe BPN+R_N in paralel pe bare legate galvanic, aceasta conducand la cresterea curentului de scurtcircuit monofazat peste valoarea de dimensionare a echipamentelor.

Pentru prevenirea acestei situatii este necesara prevederea unei automatici, care sa nu permita conectarea mai multor BPN+R_N in paralel.

Solutia d (figura 3.d) se va aplica numai in cazuri particulare, la termocentarlele existente, unde nu exista spatii pentru montarea BPN+R_N (solutiile b si c), deoarece in cazul aplicarii acestei solutii (d) apar supratensiuni de comutatie de valori mai mari decat in cazul aplicarii solutiilor b si c.

De asemenea, in cazul aplicarii solutiei d, trebuie luate masuri similare cu cele descrise la solutia c, pentru a nu ramane conectate mai multe rezistente (R_N) in paralel, pe barele legate galvanic.

In cazul utilizarii solutiilor a, b si c, valoarea rezistentei de limitare este de 15 W 10 %. ceea ce limiteaza curentul de scurtcircuit monofazat la circa 200÷250 A.

2.- Tratarea neutrului cu bobina de compensare

Compensarea curentilor capacitivi de punere la pamant prin curenti inductivi furnizati de bobine de compensare se realizeaza in scopul limitarii curentilor de punere la pamant si al stingerii arcului in locul punerii la pamant.

Schema de principiu a compensarii curentilor capacitivi de punere la pamant este prezentata in figura 4.

2.1.- Alegerea parametrilor si a locului de montare a bobinei de compensare

La alegerea parametrilor si a locului de montare a bobinei de compensare trebuie sa se tina seama de configuratia retelei, de posibilitatile de impartire pe sectoare in functie de diversele manevre de comutatie posibile in retea, precum si de influenta asupra liniilor de telecomunicatie.

Puterea bobinei de compensare se alege tinand seama de valoarea totala a curentului capacitiv de punere la pamant a intregii retele existente

Q_B = U_f0 I_C

Alegerea unei bobine cu o putere nominala Q_B mult mai mare decat puterea necesara poate duce la o folosire nerationala a bobinei si la imposibilitatea realizarii acordului dorit. De asemenea, alegerea unei bobine cu rezerve mici de compensare poate duce la o functionare a retelei in regim de subcompensare, in care caz este posibila aparitia de tensiuni periculoase de deplasare a neutrului.

Puterea bobinelor se alege astfel, incat curentul de compensare sa permita realizarea unui acord pe cat posibil la rezonanta.

De exemplu, in retele de 6 si 10 kV cu curentul I_C = 100÷150 A este indicat sa fie montate doua bobine de compensare, care sa aiba puterile nominale

- 175 si 350 kVA pentru 6 kV

- 300 si 600 kVA pentru 10 kV.

Se recomanda montarea unei bobine de compensare de o putere mai mare numai in cazul in care curentii capacitivi ai retelei ating 200 A.

In retelele de 35 kV, bobinele de compensare care depasesc puterea de 500 kVA se aleg numai in cazul in care curentul total de punere la pamant atinge valoarea de 100 A.

La alegerea numarului si a puterii bobinelor se va tine seama de posibilitatea sectionarii retelei in punctul respectiv in regim normal sau in urma unei avarii in sectoare nelegate galvanic intre ele, astfel incat in fiecare dintre acestea sa se execute compensarea la rezonanta a curentului capacitiv de punere la pamant.

In retelele la care distributia energiei se face la tensiunea generatorului, conectarea bobinelor de compensare se poate face si la neutrul generatoarelor.

In paralel cu bobina de compensare se va monta un descarcator cu rezistenta variabila, in vederea protectiei impotriva supratensiunilor ce pot aparea pe neutrul retelei la deconectarea generatorului sau a transformatorului, la neutrul carora poate fi montata bobina de stingere, ca urmare a aparitiei unui scurtcircuit bifazat cu punere la pamant pe LEA ce pleaca din barele statiei, soldat cu declansarea tuturor LEA (este cazul schemelor simplificate cu 1-2 LEA).

Descarcatorul cu rezistenta variabila se va monta daca valoarea supratensiunii atinge valoarea 3U_f0 , in retelele de 3 15 kV sau 2U_f0 , in retelele cu tensiunea nominala mai mare.

Valoarea supratensiunii se determina cu relatia

unde

I_B este curentul maxim al bobinei de compensare

I_C - curentul capacitiv de punere la pamant a barei (exclusiv liniile).

2.2.- Alegerea transformatoarelor de forta si a generatoarelor, la al caror punct neutru

urmeaza a fi montata bobina de compensare

O bobina de compensare in stare de functionare reprezinta o sarcina inductiva pentru transformatorul la neutrul caruia urmeaza sa fie conectata.

Pentru alegerea punctului neutru la care urmeaza sa se conecteze bobina de stingere, trebuie sa se tina seama de urmatoarele doua aspecte

a) reactanta homopolara a transformatorului trebuie sa fie cat mai mica, astfel incat sa nu

reduca curentul furnizat de bobina

b) curentul suplimentar provocat de bobina in infasurarile transformatorului nu trebuie sa duca

la o incalzire excesiva a acestuia.

Conexiunea cea mai favorabila a transformatorului la care se racordeaza bobina de compensare este stea-triunghi. Daca transformatorul cu aceasta conexiune serveste pentru alimentarea retelei, puterea bobinei poate atinge pana la 50% din puterea nominala a acestuia, fara ca incalzirea provocata de trecerea curentului suplimentar sa fie periculoasa.

Daca transformatorul cu aceasta conexiune serveste numai pentru conectarea bobinei (ca transformator auxiliar de creare a punctului neutru), puterea lui trebuie sa fie egala cu cea a bobinei. De la un asemenea transformator se mai poate preleva si o sarcina utila de cel mult 50% din puterea lui, fara supraincalziri periculoase.

Aceleasi conditii se aplica si la transformatoarele care au bobinajul cu conexiune zig-zag. Deoarece reactanta de secventa zero a infasurarii zig-zag este chiar mai mica decat cea de scurtcircuit, ea se foloseste pentru bobine de creare a punctului neutru.

La transformatoarele cu conexiune stea-stea si cu circulatie fortata a fluxului de secventa zero (miez cu trei coloane), se admite conectarea unei bobine de compensare avand o putere de maximum 20% din puterea nominala a transformatorului. Nu se admite conectarea bobinelor la transformatoare cu conexiuni stea-stea cu circulatie libera a fluxului de secventa zero (miez cu cinci coloane sau grupuri de transformatoare monofazate), din cauza reactantei de secventa zero ridicate a acestora.

La transformatoarele stea-stea, stea-triunghi se admite conectarea unei bobine de compensare cu o putere egala cu puterea infasurarii in triunghi, daca aceasta nu este incarcata cu o sarcina exterioara.

2.3.- Scheme de conectare

Bobinele de compensare se conecteaza la neutrul transformatorului sau al generatorului, prin separator. Nu se admite conectarea bobinei de stingere la bara de nul prin intreruptor.

Transformatorul auxiliar pentru crearea punctului neutru se va conecta la bare prin intreruptor.

La punerea sub tensiune se va avea grija sa se conecteze mai intai transformatorul auxiliar, apoi bobina. La scoaterea de sub tensiune se procedeaza invers.

Nu se admit scheme de comutatie care sunteaza pentru scurt timp bobinele de compensare sau care creaza o componenta activa a curentului de punere la pamant.

Transformatorul de curent conectat in circuitul bobinei de compensare se alege pentru un curent nominal mai mare cu 10 15 % fata de cel mai mare curent de compensare al bobinei.

In cazul deconectarii de la retea a unui generator sau compensator sincron pe timp indelungat (revizie periodica sau reparatie capitala), in schema de conectare a bobinelor de compensare trebuie sa fie prevazuta posibilitatea de trcere de pe neutrul unui generator pe neutrul altui generator.

Prezenta pe neutru a unei t.e.m. de armonica 3 (care in cazuri speciale atinge 5 % din tensiunea de faza la 50 Hz) nu are practic importanta in compensarea curentului capacitiv.

*

2.4.- In conformitate cu pct. 9.1.6, se poate adopta sistemul de automatizare de conectarea automata a unui rezistor in paralel cu bobina de compensare pentru selectarea si declansarea defectelor monofazate permanente in cazul retelelor electrice cu neutrul tratat prin bobina de compensare. In figura 5. este prezentata schema de principiu de functionare a solutiei.

Solutia consta in principal in functionarea retelei de medie tensiune in regim normal de durata cu neutrul tratat prin bobina de compensare in scopul eliminarii defectelor trecatoare. Scopul conectarii automate a unui rezistor pe neutrul retelei, cu o temporizare Dt, in paralel cu bobina de compensare este selectarea si deconectarea defectelor cu simpla punere la pamant a retelei daca acestea nu au fost eliminate anterior prin compensarea curentilor capacitivi de catre bobina (in regimul BC).

Dupa identificarea si deconectarea liniei defecte este necesar sa se revina la functionarea normala in regim cu BC.