Расчет распределенных заземляющих устройств в сетях различных классов напряжения

  • Дмитрий [Dmitriy] Николаевич [N.] Удинцев [Udintsev]
  • Сергей [Sergey] Сергеевич [S.] Кочнев [Kochnev]
  • Семен [Semen] Владимирович [V.] Пожидаев [Pozhidaev]
  • Александр [Aleksandr] Игоревич [I.] Зуев [Zuev]
Ключевые слова: заземление, распределенные заземляющие устройства, длина электрода, неповрежденная фаза, неполнофазный режим работы сети

Аннотация

При обрывах фазных и нулевых проводников в сетях различных классов напряжения возможно временное сохранение работоспособности электрической сети вместо отключения ее поврежденного участка. Это может быть достигнуто за счет применения неполнофазных режимов работы сети, в которых заземляющие устройства будут обеспечивать функцию нулевого или фазного проводников.

Рассмотрены существующие нормативные требования к значениям сопротивления заземляющих устройств в соответствии с Правилами устройства электроустановок. Описаны теоретические положения для расчета распределенных заземляющих устройств, приведены схемы замещения электрической сети для заземляющего устройства, представляющего собой решетчатую конструкцию как частный случай распределенных заземляющих устройств. Эмпирически выведена формула, позволяющая вычислить сопротивление распределенных заземляющих устройств, обеспечивающее применение режима двухстороннего однофазного замыкания на землю. С использованием полученной формулы построены зависимости сопротивления распределенных заземляющих устройств от расстояния между ними для разных значений удельного сопротивления грунта. Выведены зависимости сопротивления распределенных заземляющих устройств и неповрежденной фазы при разных значениях длины электрода заземляющего устройства для различного исполнения проводов воздушных линий. Проведены экспериментальные исследования для верификации полученных результатов теоретических исследований, по результатам которых определено, что сходимость результатов теоретических и экспериментальных данных сопротивления распределенных заземляющих устройств составляет от 78 до 93 %.

Сведения об авторах

Дмитрий [Dmitriy] Николаевич [N.] Удинцев [Udintsev]

доктор технических наук, профессор кафедры электроэнергетических систем НИУ «МЭИ», e-mail: udintsevdn@mpei.ru

Сергей [Sergey] Сергеевич [S.] Кочнев [Kochnev]

кандидат технических наук, доцент Военного учебно-научного центра сухопутных войск «Общевойсковая ордена Жукова академия вооруженных сил», e-mail: kochnevss@mail.ru

Семен [Semen] Владимирович [V.] Пожидаев [Pozhidaev]

аспирант кафедры электроэнергетических систем НИУ «МЭИ», начальник службы РЗА РС, e-mail: pozhidayevsv@mpei.ru

Александр [Aleksandr] Игоревич [I.] Зуев [Zuev]

аспирант кафедры электроэнергетических систем НИУ «МЭИ», инженер 1-й категории ООО «ПроектБалтЭнерго», e-mail: zuyevali@mpei.ru

Литература

1. Пат. № 2813005 РФ. Способ электроснабжения потребителей при повреждении фазы электрической сети 110 кВ / Д.Н. Удинцев, С.С. Кочнев, Р.Р. Насыров, С.Н. Девяткин // Бюл. изобрет. 2024. № 4.
2. Удинцев Д.Н. и др. Концепция поддержания работоспособности электрических сетей в послеаварийных режимах // Развитие и повышение надежности распределительных электрических сетей VIII: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. [Электрон ресурс] https://event.eepir.ru/assets/files/prez-2023/s4/prezentaciya-konfer-rossseti-5.07.2023g.-udincev-d.n_.pdf (дата обращения 12.03.2024).
3. Мисриханов М.Ш., Путова Т.Е., Гречин В.П., Малюшицкий П.Г. Особенности работы тупиковых подстанций 220—110 кВ при неполнофазных режимах по признаку заземления нейтрали трансформаторов // Вестник ИГЭУ. 2005. № 1. С. 1—10.
4. Удинцев Д.Н., Кочнев С.С., Хлебнов А.В., Абакумов А.Д. Некоторые пути стабилизации работы электроэнергетической системы в условиях чрезвычайных ситуаций // Теория и практика гражданской защиты на страже безопасности жизнедеятельности современного общества. М.: Объединенная редакция, 2022. С. 206—209.
5. Удинцев Д.Н., Кочнев С.С., Пожидаев С.В. Поддержание работоспособности электрических сетей в условиях негативных внешних воздействий // Теория и практика гражданской защиты на страже безопасности жизнедеятельности современного общества. М.: Объединенная редакция, 2024. С. 211—216.
6. Пат. № 2807318 РФ. Способ бесперебойного электроснабжения потребителей при обрыве проводника / Д.Т. Косенко и др. // Бюл. изобрет. 2023. № 32.
7. Бургсдорф В.В., Якобс А.И. Заземляющие устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987.
8. Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок. М.: ЗАО «Энергосервис», 2006.
9. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Юрайт, 2007.
10. Асанов А.К., Мамбетова К.М., Омокеева А.А. Влияние конфигурации заземляющего устройства на сопротивление растеканию тока // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана. 2023. № 7. С. 29—33.
11. Чо Г.Ч., Меньшов В.А., Смотров Н.Н., Монаков Ю.В. Расчет напряжения повреждения на заземляющих устройствах распределительной сети // Новое в российской электроэнергетике. 2022. № 4. С. 38—49.
12. Тихонов А.И., Бирюков С.В., Верхозин В.М., Сутягина Д.В., Панов С.А., Левочкина Н.А. К вопросу применения в инженерной практике методики расчета заземляющих устройств высоковольтных подстанций // Тенденции развития науки и образования. 2022. № 82—2. С. 129—133.
13. Асанов А.К., Омокеева А.А. Экспериментально-расчетное определение электромагнитной обстановки ПС 110 кВ «Ананьево» // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 3. С. 42—51.
14. Гаврина О.А., Тедеев Г.В., Цопанов М.Д., Шамаев О.В. Расчет заземляющих устройств подстанции в условиях Крайнего Севера // Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство: Материалы XVII Всерос. науч.-практ. конф. Старый Оскол, 2020. С. 576—580.
15. Борисов Р.К. и др. Заземляющие устройства электроустановок. Требования нормативных документов, расчет, проектирование, конструкции, сооружение. М.: Издат. дом МЭИ, 2013.
16. Пат. № 2023663407 РФ. Расчет заземляющего устройства с каталогизированной системой выбора типа грунта / В.А. Щебетеев, М.А. Ядыкин, Н.В. Сторчак, Н.В. Папежук // Бюл. ПрЭВМ. 2023. № 7.
17. Пат. № 2023614986 РФ. Программа расчета характеристик заземляющего устройства / Э.Н. оглы Ахмедли, Р.В. Колпин, С.Д. Зырянова // Бюл. ПрЭВМ. 2023. № 3.
18. Пат. № 2022669571 РФ. Программа по расчету сопротивления заземляющих устройств / А.Д. Чернова, В.А. Величко // Бюл. ПрЭВМ. 2022. № 11.
19. Пат. № 2018615950 РФ. Расчет заземляющих устройств и удельного электрического сопротивления грунта в конкретных климатических условиях на основе нечеткой логики / Н.М. Зайцева, П.В. Матренин // Бюл. ПрЭВМ. 2018. № 5.
20. ГОСТ Р 58882—2020. Заземляющие устройства. Системы уравнивания потенциалов. Заземлители. Заземляющие проводники. Технические требования.
21. Приказ Минэнерго России № 204 от 08 июля 2002 г. «Об утверждении глав Правил устройства электроустановок» (вместе с «Правилами устройства электроустановок. Издание седьмое. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10»).
22. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Шестое издание. Раздел 3. Защита и автоматика. Глава 3.2. Релейная защита. Пункты 3.2.106 — 3.2.118. Защита воздушных линий в сетях напряжением 110—500 кВ с эффективно заземленной нейтралью.
23. Приказ Минэнерго России № 548 от 12 июля 2018 г. «Об утверждении требований к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Правила предотвращения развития и ликвидации нарушений нормального режима электрической части энергосистем и объектов электроэнергетики».
24. Кажекин И.Е. Формирование максимальных перенапряжений при возникновении феррорезонансных процессов во время дуговых однофазных замыканий в низковольтных судовых электросистемах // Вестник Астраханского гос. техн. ун-та. Серия «Морская техника и технология». 2020. № 1. С. 115—124.
25. Карапетян И.Г., Файбисович Д.Л., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электрических сетей. М.: ЭНАС, 2012.
26. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989.
27. Крупин В.Г., Павлов А.Л., Попов Л.Г. Высшая математика. Теория вероятностей, математическая статистика, случайные процессы. Сборник задач с решениями. М.: Издат. дом МЭИ, 2013.
---
Для цитирования: Удинцев Д.Н., Кочнев С.С., Пожидаев С.В., Зуев А.И. Расчет распределенных заземляющих устройств в сетях различных классов напряжения // Вестник МЭИ. 2024. № 5. С. 45—54. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-5-45-54
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Pat № 2813005 RF. Sposob Elektrosnabzheniya Potrebiteley pri Povrezhdenii Fazy Elektricheskoy Seti 110 kV. D.N. Udintsev, S.S. Kochnev, R.R. Nasyrov, S.N. Devyatkin. Byul. izobret. 2024;4. (in Russian).
2. Udintsev D.N. i dr. Kontseptsiya Podderzhaniya Rabotosposobnosti Elektricheskikh Setey v Posleavariynykh Rezhimakh. Razvitie i Povyshenie Nadezhnosti Raspredelitel'nykh Elektricheskikh Setey VIII: Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. [Elektron Resurs] https://event.eepir.ru/assets/files/prez-2023/s4/prezentaciya-konfer-rossseti-5.07.2023g.-udincev-d.n_.pdf (Data Obrashcheniya 12.03.2024). (in Russian).
3. Misrikhanov M.Sh., Putova T.E., Grechin V.P., Malyushitskiy P.G. Osobennosti Raboty Tupikovykh Podstantsiy 220—110 kV pri Nepolnofaznykh Rezhimakh po Priznaku Zazemleniya Neytrali Transformatorov. Vestnik IGEU. 2005;1:1—10. (in Russian).
4. Udintsev D.N., Kochnev S.S., Khlebnov A.V., Abakumov A.D. Nekotorye Puti Stabilizatsii Raboty Elektroenergeticheskoy Sistemy v Usloviyakh Chrezvychaynykh Situatsiy. Teoriya i Praktika Grazhdanskoy Zashchity na Strazhe Bezopasnosti Zhiznedeyatel'nosti Sovremennogo Obshchestva. M.: Ob'edinennaya Redaktsiya, 2022:206—209. (in Russian).
5. Udintsev D.N., Kochnev S.S., Pozhidaev S.V. Podderzhanie Rabotosposobnosti Elektricheskikh Setey v Usloviyakh Negativnykh Vneshnikh Vozdeystviy. Teoriya i Praktika Grazhdanskoy Zashchity na Strazhe Bezopasnosti Zhiznedeyatel'nosti Sovremennogo Obshchestva. M.: Ob'edinennaya Redaktsiya, 2024:211—216. (in Russian).
6. Pat № 2807318 RF. Sposob Bespereboynogo Elektrosnabzheniya Potrebiteley pri Obryve Provodnika. D.T. Kosenko i dr. Byul. Izobret. 2023;32. (in Russian).
7. Burgsdorf V.V., Yakobs A.I. Zazemlyayushchie Ustroystva Elektroustanovok. M.: Energoatomizdat, 1987. (in Russian).
8. Karyakin R.N. Zazemlyayushchie Ustroystva Elektroustanovok. M.: ZAO «Energoservis», 2006. (in Russian).
9. Bessonov L.A. Teoreticheskie Osnovy Elektrotekhniki. Elektricheskie Tsepi. M.: Yurayt, 2007. (in Russian).
10. Asanov A.K., Mambetova K.M., Omokeeva A.A. Vliyanie Konfiguratsii Zazemlyayushchego Ustroystva na Soprotivlenie Rastekaniyu Toka. Nauka, Novye Tekhnologii i Innovatsii Kyrgyzstana. 2023;7:29—33. (in Russian).
11. Cho G.Ch., Men'shov V.A., Smotrov N.N., Monakov Yu.V. Raschet Napryazheniya Povrezhdeniya na Zazemlyayushchikh Ustroystvakh Raspredelitel'noy Seti. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2022;4:38—49. (in Russian).
12. Tikhonov A.I., Biryukov S.V., Verkhozin V.M., Sutyagina D.V., Panov S.A., Levochkina N.A. K Voprosu Primeneniya v Inzhenernoy Praktike Metodiki Rascheta Zazemlyayushchikh Ustroystv Vysokovol'tnykh Podstantsiy. Tendentsii Razvitiya Nauki i Obrazovaniya. 2022;82—2:129—133. (in Russian).
13. Asanov A.K., Omokeeva A.A. Eksperimental'no-raschetnoe Opredelenie Elektromagnitnoy Obstanovki PS 110 kV «Anan'evo». Problemy Avtomatiki i Upravleniya. 2022;3:42—51. (in Russian).
14. Gavrina O.A., Tedeev G.V., Tsopanov M.D., Shamaev O.V. Raschet Zazemlyayushchikh Ustroystv Podstantsii v Usloviyakh Kraynego Severa. Sovremennye Problemy Gorno-metallurgicheskogo Kompleksa. Nauka i Proizvodstvo: Materialy XVII Vseros. Nauch.-prakt. Konf. Staryy Oskol, 2020:576—580. (in Russian).
15. Borisov R.K. i dr. Zazemlyayushchie Ustroystva Elektroustanovok. Trebovaniya Normativnykh Dokumentov, Raschet, Proektirovanie, Konstruktsii, Sooruzhenie. M.: Izdat. Dom MEI, 2013. (in Russian).
16. Pat № 2023663407 RF. Raschet Zazemlyayushchego Ustroystva s Katalogizirovannoy Sistemoy Vybora Tipa Grunta. V.A. Shchebeteev, M.A. Yadykin, N.V. Storchak, N.V. Papezhuk. Byul. PrEVM. 2023;7. (in Russian).
17. Pat № 2023614986 RF. Programma Rascheta Kharakteristik Zazemlyayushchego Ustroystva. E.N. ogly Akhmedli, R.V. Kolpin, S.D. Zyryanova. Byul. PrEVM. 2023;3.
18. Pat № 2022669571 RF. Programma po Raschetu Soprotivleniya Zazemlyayushchikh Ustroystv. A.D. Chernova, V.A. Velichko. Byul. PrEVM. 2022;11. (in Russian).
19. Pat № 2018615950 RF. Raschet Zazemlyayushchikh Ustroystv i Udel'nogo Elektricheskogo Soprotivleniya Grunta v Konkretnykh Klimaticheskikh Usloviyakh na Osnove Nechetkoy Logiki. N.M. Zaytseva, P.V. Matrenin. Byul. PrEVM. 2018;5. (in Russian).
20. GOST R 58882—2020. Zazemlyayushchie Ustroystva. Sistemy Uravnivaniya Potentsialov. Zazemliteli. Zazemlyayushchie Provodniki. Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
21. Prikaz Minenergo Rossii № 204 ot 08 Iyulya 2002 g. «Ob Utverzhdenii Glav Pravil Ustroystva Elektroustanovok» (Vmeste s «Pravilami Ustroystva Elektroustanovok. Izdanie Sed'moe. Razdel 1. Obshchie Pravila. Glavy 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Razdel 7. Elektrooborudovanie Spetsial'nykh Ustanovok. Glavy 7.5, 7.6, 7.10»). (in Russian).
22. Pravila Ustroystva Elektroustanovok (PUE). Shestoe Izdanie. Razdel 3. Zashchita I Avtomatika. Glava 3.2. Releynaya Zashchita. Punkty 3.2.106 — 3.2.118. Zashchita Vozdushnykh Liniy v Setyakh Napryazheniem 110—500 Kv s Effektivno Zazemlennoy Neytral'yu. (in Russian).
23. Prikaz Minenergo Rossii № 548 ot 12 Iyulya 2018 g. «Ob Utverzhdenii Trebovaniy k Obespecheniyu Nadezhnosti Elektroenergeticheskikh Sistem, Nadezhnosti i Bezopasnosti Ob'ektov Elektroenergetiki i Energoprinimayushchikh Ustanovok «Pravila Predotvrashcheniya Razvitiya i Likvidatsii Narusheniy Normal'nogo Rezhima Elektricheskoy Chasti Energosistem I Ob'ektov Elektroenergetiki».(in Russian).
24. Kazhekin I.E. Formirovanie Maksimal'nykh Perenapryazheniy pri Vozniknovenii Ferrorezonansnykh Protsessov vo Vremya Dugovykh Odnofaznykh Zamykaniy v Nizkovol'tnykh Sudovykh Elektrosistemakh. Vestnik Astrakhanskogo Gos. Tekhn. Un-ta. Seriya «Morskaya Tekhnika i Tekhnologiya». 2020;1:115—124. (in Russian).
25. Karapetyan I.G., Faybisovich D.L., Shapiro I.M. Spravochnik po Proektirovaniyu Elektricheskikh Setey. M.: ENAS, 2012. (in Russian).
26. Idel'chik V.I. Elektricheskie Sistemy i Seti. M.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
27. Krupin V.G., Pavlov A.L., Popov L.G. Vysshaya Matematika. Teoriya Veroyatnostey, Matematicheskaya Statistika, Sluchaynye Protsessy. Sbornik Zadach s Resheniyami. M.: Izdat. dom MEI, 2013. (in Russian)
---
For citation: Udintsev D.N., Kochnev S.S., Pozhidaev S.V., Zuev A.I. Calculation of Distributed Grounding Devices in Networks of Different Voltage Classes. Bulletin of MPEI. 2024;5:45—54. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-5-45-54
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
Опубликован
2024-06-18
Раздел
Электроэнергетика (технические науки) (2.4.3)