Automatic reclosing for isolated neutral electric grid under single-phase to ground fault

Електричні мережі 6–35 кВ працюють з ізольованою чи уземленою через дугогасний реактор нейтраллю. Цей режим нейтралі є причиною появи значних перенапруг з крутими фронтами хвиль в електричній мережі за однофазних замикань на землю (ОЗЗ), особливо за дугових замикань та різного роду ферорезонансних явищ. Ці перенапруги пошкоджують ізоляцію всієї електричної мережі. Тому для підвищення ефективності функціонування мережі 6–35 кВ необхідно до мінімуму зменшити час дії згубних для ізоляції мережі (особливо кабелів) перенапруг. Для цього необхідно застосовувати захисти, що діють на вимкнення приєднання з ОЗЗ із мінімальною витримкою часу. Для зменшення збитків від недовідпуску електроенергії за рахунок зменшення часу знеструмлення споживачів, що вимикалися захистом за ОЗЗ, доцільно застосовувати автоматичне повторне ввімкнення (АПВ), що діє на автоматичне увімкнення елемента електричної мережі, попередньо вимкненого захистом за ОЗЗ. Розроблено алгоритм функціонування АПВ. На основі розробленого алгоритму з застосуванням цифрових технологій виготовлений пристрій, за допомогою якого може бути організована функція АПВ для великої кількості приєднань до секції шин – до 28. Для перевірки працездатності пристрою створена фізична модель електричної мережі з ізольованою нейтраллю, що дозволяє моделювати ОЗЗ. Для захисту від ОЗЗ у фізичній моделі застосований серійний пристрій «Альтра», що успішно експлуатується на різних електроенергетичних об'єктах України – обленерго, теплових електричних станціях, заводських підстанціях тощо. Взаємна робота пристроїв захисту від ОЗЗ та АПВ опробувана на фізичній моделі. Моделювались різноманітні режими за ОЗЗ в електричній мережі (пошкодження в різних місцях електричної мережі) та різний характер ОЗЗ (короткочасні з самоліквідацією, стійкі без самоусунення). Аналіз результатів перевірки на фізичній моделі підтвердив високу ефективність комплексного використання пристроїв захисту за ОЗЗ та АПВ у мережах з ізольованою (компенсованою) нейтраллю. Зараз пристрій знаходиться в дослідній експлуатації на одній із підстанцій “Львівобленерго”. 6–35 kV electrical networks operates with isolated or compensated neutrals. Such mode of a neutral is the reason of emergence of considerable overvoltage in an electrical network during singlephase ground fault (SFGF), especially during short-circuit through an arc and various ferro-resonance phenomena. These overvoltage destroy the insulation of the electrically coupled network. Therefore, in order to increase the performance efficiency of the 6-35 kV network, it is necessary to minimize the operate time of overvoltage that are detrimental to the insulation of the network (especially cables). For this purpose it is necessary to use protections, which with minimum time delay disconnect feeder with SFGF. In order to reduce the time of de-energizing of consumers who have been disconnected by the protection during the SFGF, it is advisable to use automatic reclose (AR), which will lead to reduction of losses from electricity sacrifice. The AR automatically switches on an electic network element previously disconnected during the SFGF. The algorithm of functioning of the APP is developed. On the basis of the developed algorithm with use of digital technologies the device by means of which it is possible to organize the APP function for a large number of connections to section of tires – up to 28 is manufactured. To test the performance of the device created a physical model of the isolated neutral system, which allows to simulate SFGF. To protect against SFGF in the physical model used serial device “Altra”, which is successfully operated at various power facilities in Ukraine – power, thermal power stations, substations of enterprises and more. The mutual operation of protection devices during SFGF and AR has been tested on a physical model. Various modes during SFGF in the electrical network (damage in different places of the electrical network) and different nature of SFGF (short-term with self-liquidation, stable without self-elimination) were simulated. The analysis of the results of the physical model verification confirmed the high efficiency of the integrated use of the protection devices during SFGF and AR in the isolated neutral system and compensated network. The device is currently being piloted at one of substations of “Lvivoblenergo”.