Меню

Устройство автоматической компенсации емкостного тока

Однофазные замыкания на землю. Компенсация емкостных токов замыкания на землю. ДГР

1. Основные характеристики ОЗЗ

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) — это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.

Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.

Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.

Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.

На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.

Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

2. Последствия ОЗЗ

Несмотря на преимущества изолированной нейтрали, такой режим работы имеет ряд недостатоков:

  1. В зависимости от разветвленности сети емкостной ток может находиться в пределах от 0,1 до 500 ампер. Такая величина тока может представлять опасность для животных и людей, находящихся рядом с местом замыкания, по этой причине данные замыкания нужно выявлять и отключать, так же, как это делается и в сетях с глухозаземленной нейтралью.
  2. В большинстве случаев при ОЗЗ возникает дуговое замыкание на землю, которое может носить прерывистый характер. В таком случае, в процессе дугового замыкания возникают перенапряжения, превышающие в 2-4 раза номинальное фазное напряжение. Изоляция в процессе замыкания может не выдержать такие перенапряжения, вследствие чего возможны возникновения пробоя изоляции в любой другой точке сети и тогда замыкание развивается в двойное короткое замыкание на землю.
  3. В процессе развития и ликвидации ОЗЗ в трансформаторах напряжения возникает эффект феррорезонанса, что с высокой вероятностью приводит к их преждевременному выходу из строя.

Несмотря на перечисленные недостатки ОЗЗ не требует немедленного ликвидации повреждения. Согласно ПУЭ, при возникновении ОЗЗ возможно эксплуатация сети без отключения аварии в течении 4 часов, которые выделяются на поиск поврежденного участка.

3. Расчет суммарного тока ОЗЗ

При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

Выражение для определения тока ОЗЗ:

Vyrazhenie dlya opredeleniya toka OZZ,

где С – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С = Суд l;
Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км;
l – общая длина проводника одной фазы сети.

Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

Tok zamykaniya na zemlyu,

где UНОМ – номинальное линейное напряжение сети, кВ;
li – длина кабельной линии, км;
qi – сечение жилы кабеля, мм 2 .

Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.

4. Компенсационные меры защиты

Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.
Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

Напряжение сети, кВ 6 10 20 35
Емкостный ток, А 30 20 15 10

При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

5. Дугогасящий реактор

Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (рис. 3).

Dugogasyaschij reaktor
Рисунок 3 – Дугогасящий реактор

Этот способ является наиболее эффективным средством защиты электрооборудования от замыканий на землю и компенсации емкостного тока. С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.

6. Основные характеристики ДГР

Дугогасящий реактор (ДГР) – это электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным нормативным документом регламентирующим работу, установку и надстройку ДГР является Р 34.20.179.

Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители. В цепи заземления реакторов должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения ДГР представлены на рис. 4.

Shema podklyucheniya DGR2

Рисунок 4 – Схема подключения ДГР: а) подключение ДГР к трансформаторам СН; б) подключение ДГР к нейтрале силового трансформатора

Индуктивность ДГР подбирается из условия равенства емкостной проводимости сети и индуктивной проводимости реактора. Таким образом, происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (как правило, не превышают 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией.

Современные ДГР имеют различные конструктивные особенности и производятся для огромного диапазона мощностей. В таблице 2 приведен ряд параметров дугогасящих реакторов разных производителей.

Источник

Компенсация емкостных токов в сетях с изолированной нейтралью

1. Основные характеристики ОЗЗ

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) — это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.

Читайте также:  Магнитная энергия тока объемная плотность энергии магнитного поля

Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.

Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.

Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ
Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.

На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.

Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

Компенсация емкостных токов в сетях с изолированной нейтралью

Сети 6-35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью и относятся к сетям с малым током замыкания на землю, при полном (металлическом) замыкании на землю одной фазы такой сети напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а значения напряжения неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются до значений междуфазного напряжения, то есть в √3 раз:

Iса = Icb = √3 · Ic0 = √3 · U · ф · ω · С,

где Ic0 — емкостный ток фазы в нормальном режиме.

Поскольку векторы напряжений на неповрежденных фазах, а следовательно, и емкостных токов на землю этих фаз сдвинуты на 60⁰, ток в месте замыкания на землю поврежденной фазы равен:

Ic = √3 · Iса = 3 · Ic0 = 3 Uф · ω · С.

Соответственно емкостные токи в неповрежденных фазах также возрастают в √3 раз.

При проектировании сетей ток Iс может приближенно определяться следующим образом:

— для воздушных сетей: Iс = U · L / 350

— для кабельных сетей: Iс = U · L / 10,

где U — среднеэксплуатационное значение линейного напряжения, кВ; L — длина электрически связанной сети данного напряжения, км.

Ток Ic во много раз меньше тока междуфазных замыканий, однако при больших его значениях возникает угроза повреждения оборудования (в сетях 6-10 кВ), перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное, а также возникновения перемежающейся дуги вызывающей опасные перенапряжения в сетях 20-35 кВ.

С незаземленными нейтралями могут работать сети 6 кВ при Ic ≤ 30 А, 10 кВ при Ic ≤ 20 А, 15-20 кВ при Ic ≤ 15 А. 35 кВ при Ic ≤ 10 А.

При больших емкостных токах для их компенсации устанавливаются дугогасящие заземляющие реакторы. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю проходят токи емкостный и индуктивный, отличающиеся по фазе на 180⁰ и взаимно компенсирующие друг друга. Мощность реактора выбирается по полному емкостному току замыкания на землю с учетом перспективы на 8-10 лет и округляется до ближайшего стандартного значения.

На подстанциях, трансформаторы которых работают раздельно, при емкостном токе каждой секции шин, превышающем допустимые значения, дугогасящие реакторы устанавливаются на обеих секциях. если емкостный ток секции меньше допустимого, а суммарный ток двух секций превышает допустимый, на подстанции устанавливается один дугогасящий реактор, который выбирается по суммарному емкостному току обеих секций и присоединяется к секции с большим током.

Последствия ОЗЗ

Несмотря на преимущества изолированной нейтрали, такой режим работы имеет ряд недостатоков:

  1. В зависимости от разветвленности сети емкостной ток может находиться в пределах от 0,1 до 500 ампер. Такая величина тока может представлять опасность для животных и людей, находящихся рядом с местом замыкания, по этой причине данные замыкания нужно выявлять и отключать, так же, как это делается и в сетях с глухозаземленной нейтралью.
  2. В большинстве случаев при ОЗЗ возникает дуговое замыкание на землю, которое может носить прерывистый характер. В таком случае, в процессе дугового замыкания возникают перенапряжения, превышающие в 2-4 раза номинальное фазное напряжение. Изоляция в процессе замыкания может не выдержать такие перенапряжения, вследствие чего возможны возникновения пробоя изоляции в любой другой точке сети и тогда замыкание развивается в двойное короткое замыкание на землю.
  3. В процессе развития и ликвидации ОЗЗ в трансформаторах напряжения возникает эффект феррорезонанса, что с высокой вероятностью приводит к их преждевременному выходу из строя.

Несмотря на перечисленные недостатки ОЗЗ не требует немедленного ликвидации повреждения. Согласно ПУЭ, при возникновении ОЗЗ возможно эксплуатация сети без отключения аварии в течении 4 часов, которые выделяются на поиск поврежденного участка.

Защита, реагирующая на наложенный ток.

Для повышения устойчивости функционирования защит от однофазных замыканий на землю, реагирующих на ток замыкания не промышленной частоты, была разработана защита, реагирующая на наложенный ток. Наложенный ток может быть частотой как выше промышленной, так и ниже. Для создания тока повышенной частоты возможно использование нелинейного сопротивления, включенного между нейтралью сети и землёй. Однако данное устройство значительно повышает стоимость таких защит и может снизить надёжность функционирования защиты. Также можно отметить тот факт, что значительная высокочастотная составляющая может присутствовать в токах присоединений и в нормальном режиме. Это в первую очередь относится к сетям, связанным с производствами, имеющими нелинейную нагрузку. В таких случаях описанный способ защиты непригоден. Кроме того, как показывают некоторые исследования, гармоники с частотой 100 Гц появляются почти в 2 раза чаще, чем, например, с частотой 25 Гц и амплитуды их намного больше.

К основным недостаткам защит, реагирующих на наложенный ток частотой ниже промышленной, можно отнести необходимость подключения в нейтрали сети специального устройства для создания контрольного тока, влияние на устойчивость функционирования защиты погрешностей ТТНП, возрастающих при уменьшении рабочей частоты, усложнение схемы первичной коммутации из-за необходимости подключения источника наложенного тока и трудности подключения источника вспомогательного тока при использовании в сети нескольких ДГР, установленных на разных объектах. Также не исключены сложности отстройки от естественных гармонических составляющих при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ, при которых спектр тока зависит от параметров сети и режима заземления её нейтрали, положения точки ОЗЗ в сети.

Защиты на централизованном принципе лишены недостатков индивидуальных защит, таких как ложные срабатывания, связанные с переходными процессами на неповрежденных линиях. В централизованных защитах в основном применяют сравнение амплитудных или действующих значений токов нулевой последовательности. Поврежденный фидер определяется на основе сравнения токов нулевой последовательности по всем присоединениям и выборе присоединения с максимальным током нулевой последовательности. Расчет этих значений может проводиться как в начальный момент времени, то есть, основываясь на переходных величинах замыкания, так и в установившемся режиме. Кроме того, возможно применение высших гармонических составляющих токов нулевой последовательности либо наложенного тока с частотой, отличной от промышленной. Для расширения области применения на подстанциях с большим числом присоединений, возможно введение в такие защиты дополнительной информации, которая позволяет произвести отстройку от действия в некоторых сложных режимах, например, получение информации о напряжении нулевой последовательности с другой секции шин подстанции может повысить чувствительность.

Читайте также:  Амперметры постоянного тока 12в

Расчет суммарного тока ОЗЗ

При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

Выражение для определения тока ОЗЗ:

где С∑ – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С∑ = Суд l; Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км; l – общая длина проводника одной фазы сети.

Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

Источник

Пояснительная записка. Компенсация емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35кВ

Пояснительная записка.

Компенсация емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35кВ.

Введение. Самым частым видом повреждения (до 95%) в сетях 6, 10, 35 кВ являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), сопровождающиеся протеканием через место замыкания емкостного тока и перенапряжениями высокой кратности на элементах сети (двигателях, трансформаторах) в виде высокочастотного переходного процесса. Такие воздействия на сеть приводят в лучшем случае к срабатыванию земляных защит. Отыскание поврежденного присоединения представляется трудоемкой и длительной организационной задачей – поочередное отключение присоединений затягивается на продолжительное время и сопровождается комплексом оперативных переключений для резервирования потребителей. И, как правило, большинство междуфазных замыканий начинается с ОЗЗ. Развитие однофазных замыканий на землю сопровождается разогревом места замыкания, рассеиванию большого количества энергии в месте ОЗЗ и заканчивается отключением потребителя уже защитой МТЗ при переходе ОЗЗ в короткое замыкание. Изменить ситуацию можно применением резонансного заземления нейтрали.

Токи замыкания. При ОЗЗ на землю через место повреждения протекает емкостный ток, обусловленный наличием электрической емкости между фазами сети и землей. Емкость сконцентрирована, в основном, в кабельных линиях, длина которых и определяет общий емкостный ток ОЗЗ (ориентировочно на 1 А емкостного тока приходится 1 км кабеля).

Виды ОЗЗ. Все ОЗЗ делятся на глухие (металлические) и дуговые. Наиболее частым (95% всех ОЗЗ) и наиболее опасным видом ОЗЗ являются дуговые ОЗЗ. Опишем каждый вид ОЗЗ отдельно.

1) с точки зрения уровней перенапряжений на элементах сети наиболее безопасны металлические замыкания на землю (например, падение провода воздушной ЛЭП на землю). В этом случае через место пробоя протекает емкостный ток, не сопровождающийся большими перенапряжениями в виду специфики такого рода ОЗЗ.

2) особенность дуговых ОЗЗ — наличие электрической дуги в месте ОЗЗ, которая является источником высокочастотных колебаний, сопровождающих каждое ОЗЗ.

Способы подавления токов ОЗЗ. Существует два способа подавления токов ОЗЗ.

1) отключение поврежденного присоединения – этот способ ориентирован на ручное либо автоматическое (с использованием средств РЗА) отключение. При этом потребитель в соответствии с категорией переводится на резервное питание или остается без питания. Нет напряжения на поврежденной фазе – нет тока через место пробоя.

2) компенсация емкостного тока в месте замыкания установленным в нейтрали сети реактором, обладающим индуктивными свойствами.

Суть компенсации емкостных токов ОЗЗ. Как было замечено, при замыкании фазы на землю (пробое) через место ОЗЗ протекает емкостный ток. Этот ток при ближайшем рассмотрении обусловлен емкостями двух оставшихся (неповрежденных) фаз, заряженных до линейного напряжения. Токи этих фаз, сдвинутые друг относительно друга на 60 электрических градусов, суммируются в точке повреждения и имеют по величине тройное значение фазного емкостного тока. Отсюда и определяется величина тока ОЗЗ через место повреждения: . Этот емкостный ток можно скомпенсировать индуктивным током дугогасящего реактора (ДГР), установленного в нейтраль сети. При ОЗЗ в сети на нейтрали любого присоединенного к ней трансформатора, обмотки которого соединены в звезду, появляется фазное напряжение, которое, если имеется вывод нейтрали, присоединенный к высоковольтной обмотке реактора L, инициирует индуктивный ток реактора через место пробоя. Этот ток направлен встречно емкостному току ОЗЗ и может его компенсировать при соответствующей настройке реактора (рис. 1)

Рис. 1 Пути прохождения токов ОЗЗ через элементы сети

Необходимость автоматической настройки в резонанс. Для достижения максимальной эффективности ДГР контур, образованный емкостью всей сети и индуктивностью реактора – контур нулевой последовательности сети (КНПС) — должен быть настроен в резонанс на частоте сети 50 Гц. В условиях постоянных переключений в сети (включений/отключений потребителей) емкость сети изменяется, что приводит к необходимости применения плавнорегулируемых ДГР и автоматической системы компенсации емкостных токов ОЗЗ (АСКЕТ). К слову сказать, применяемые в настоящее время ступенчатые реакторы типа ЗРОМ и др. настраиваются вручную, исходя из расчетных данных о емкостных токах сети, и поэтому не обеспечивают резонансной настройки.

Принцип действия АСКЕТ. КНПС настраивается в резонанс устройством автоматической регулировки компенсации типа УАРК.101М, работающим на фазовом принципе. На вход УАРК.101М подаются опорный сигнал (линейное напряжение) и сигнал 3Uo с измерительного трансформатора (например, НТМИ). Для правильной и устойчивой работы АСКЕТ необходимо создать искусственную несимметрию в сети, что делается источником возбуждения нейтрали (ИВН) — либо включением высоковольтной конденсаторной батареи в одну из фаз сети, либо установкой специального несимметричного трансформатора типа ТМПС со встроенным ИВН (с возможностью регулирования коэффициента трансформации с дискретностью 1,25 % фазного напряжения). В последнем случае величина напряжения 3Uo в режиме резонанса и устойчивость работы АСКЕТ остаются постоянными при изменении конфигурации сети (см. формулы ниже). В нейтраль этого же трансформатора устанавливается ДГР (например, типа РДМР). Таким образом, АСКЕТ представляется в виде системы ТМПС+РДМР+УАРК.101М.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

О соотношении величин естественной и искусственной несимметрии. В сети с изолированной нейтралью напряжение на разомкнутом треугольнике НТМИ с учетом коэффициента трансформации соответствует напряжению естественной несимметрии. Величина и угол этого напряжения нестабильны и зависят от различных факторов (погодных,…..и т. д.), поэтому для правильной работы АСКЕТ необходимо создать более стабильный сигнал как по величине, так и по фазе. Для этой цели в КНПС вводится источник возбуждения нейтрали (источник искусственной несимметрии). Если использовать терминологию теории автоматического управления, искусственная несимметрия представляет собой полезный сигнал, используемый для управления КНПС, а естественная – помеха, от которой необходимо отстроиться путем выбора величины искусственной несимметрии. В сетях с наличием кабельных линий с емкостным током 10 и более ампер величина естественной несимметрии, как правило, очень мала [2]. П.5.11.11. ПТЭЭСиС [4] ограничивает величину напряжения несимметрии (естественной + искусственной) в сетях, работающих с компенсацией емкостного тока, на уровне 0,75% фазного напряжения, а максимальную степень смещения нейтрали на уровне не выше 15% фазного напряжения. На разомкнутом треугольнике НТМИ эти уровни будут соответствовать значениям 3Uo= 0,75В и 15В. Максимальная степень смещения нейтрали возможна в режиме резонанса (рис.2).

Приведем ниже формулы для расчета напряжения 3Uo в режиме резонанса для двух способов создания искусственной несимметрии:

1) в случае применения конденсатора Co

где — угловая частота сети, 314,16 с-1,

— емкость асимметрирующего конденсатора, Ф,

— предполагаемый ток замыкания на землю, А

— коэффициент трансформации по 3Uo измерительного трансформатора, в сети 6 кВ – 60/ , в сети 10 кВ — 100/ ,

2) в случае применения специального несимметричного трансформатора

где Ксм – переключаемый коэффициент смещения фазы В специального трансформатора.

Из формул видно, что в случае применения конденсатора Co величина 3Uo в точке резонанса зависит от емкостного тока сети ( ), а в случае применения специального несимметричного трансформатора не зависит.

Читайте также:  Для данной схемы сила тока первой ветви i1 определяется по формуле

Минимальное значение 3Uo выбирается, исходя из условия надежной работы устройства УАРК.101М, и составляет 5В.

В вышеприведенных формулах не учитывается величина напряжения естественной несимметрии сети ввиду ее небольших значений. Пример суммарного вектора показан на рис. 3 внизу.

Работа при ОЗЗ. Рассмотрим эффективность резонансного заземления нейтрали в двух режимах работы сети: при металлическом однофазном замыкании на землю и дуговом ОЗЗ.

1) Металлическое ОЗЗ. В данном случае происходит минимизация емкостного тока через место замыкания индуктивным током дугогасящего реактора. Нескомпенсированными остаются только активный ток ОЗЗ, который меньше емкостного примерно в 20 раз, а так же ток высокочастотных составляющих.

2) При дуговом ОЗЗ происходит сброс напряжения на поврежденной фазе и его постепенное нарастание в течение 15-20 периодов. Время нарастания напряжения поврежденной фазы зависит от точности настройки в резонанс и состояния изоляции кабельных линий и определяет бестоковую паузу между двумя повторяющимися пробоями, благодаря которой может произойти восстановление изоляционных свойств поврежденного участка (здесь речь идет о так называемом эффекте самоустранения дугового пробоя). Чем точнее КНПС настроен в резонанс и чем выше изоляционные характеристики сети, тем дольше нарастает напряжение на поврежденной фазе, тем больше бестоковая пауза [1,3] (рис. 4). В этом случае не менее 85 % дуговых ОЗЗ переходят в разряд самоустраняющихся и не требуют отыскания поврежденного присоединения.

Рис. 3 Векторы напряжений в резонансно-заземленной сети

Точная автоматическая компенсация емкостного тока ОЗЗ является бесконтактным средством дугогашения и по сравнению с сетями, работающими с изолированной нейтралью, с резистивно-заземленной, с частично компенсируемой, а также с комбинированно заземленной нейтралью имеет следующие преимущества:

уменьшает ток через место повреждения до минимальных значений (в пределе до активных составляющих и высших гармоник), обеспечивает надежное дугогашение (предотвращает длительное воздействие заземляющей дуги) и безопасность при растекании токов в земле;

облегчает требования к заземляющим устройствам;

ограничивает перенапряжения, возникающие при дуговых ОЗЗ, до значений 2,5-2,6 Uф (при степени расстройки компенсации 0-5%), безопасных для изоляции эксплуатируемого оборудования и линий;

значительно снижает скорости восстанавливающихся напряжений на поврежденной фазе, способствует восстановлению диэлектрических свойств места повреждения в сети после каждого погасания перемежающейся заземляющей дуги;

предотвращает набросы реактивной мощности на источники питания при дуговых ОЗЗ, чем сохраняется качество электроэнергии у потребителей;

предотвращает развитие в сети феррорезонансных процессов (в частности, самопроизвольных смещений нейтрали), если выполняются ограничения в отношении применения плавких предохранителей на линиях электропередачи;

исключает ограничения по статической устойчивости при передаче мощности по линиям электропередачи.

При компенсации емкостных токов воздушные и кабельные сети могут длительно работать с замкнувшейся на землю фазой.

1. Лихачев на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971. – 152 с.

2. Обабков адаптивных систем управления резонансными объектами. Киев: Наукова думка, 1993. – 254 с.

3. Способы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Точка зрения проектировщика. Новости Электротехники, №2, 2008

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской федерации. РД 34.20.501-издание. Москва, 1996.

Рис. 2 Примеры резонансных характеристик КНПС

Рис. 4 Реакция резонансно-заземленной сети на дуговой пробой

Источник



Устройство автоматической компенсации емкостного тока

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspВ предыдущем издании ПТЭ [2] допускалась настройка с перекомпенсацией, при которой реактивная составляющая тока замыкания должна быть не более 5 А, а в случае большой разности токов смежных ответвлений реактивная составляющая тока замыкания на землю допускалась не боле 10 А. В новом издании ПТЭ [3] требования к настройке дугогасящих реакторов более ужесточены, и сегодня разрешается работа с перекомпенсацией не более 5%. Это связано с тем, что раньше отечественная промышленность выпускала в основном ступенчатые дугогасящие реакторы типа ЗРОМ или РЗДСОМ. В настоящее время несколькими российскими электротехническими заводами освоен выпуск плавнорегулируемых (плунжерных и с подмагничиванием) дугогасящих реакторов и проблема точной настройки компенсации в резонанс полностью исчезла. Перед энергопредприятиями сегодня встал вопрос – как быть со старыми ступенчатыми реакторами. Учитывая их малый износ по сравнению с силовыми трансформаторами, они могли бы еще работать и дальше. Поэтому было разработано техническое решение, которое заключается в подключении параллельно ступенчатому дугогасящему реактору плавнорегулируемого реактора малой мощности (Рис.1).

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp Рисунок 1 – Схема параллельного подключения ступенчатого и плунжерного дугогасящих реакторов в сети 10 кВ.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspНапример, для сети 10 кВ с пределами изменения емкостного тока от 30 до 70 А, подошла бы следующая комбинация дугогасящих реакторов РЗДСОМ-380/10 + РЗДПОМ-190/10. Ступенчатый реактор работает при этом на какой-то конкретной отпайке, а плавнорегулируемый реактор отслеживает все текущие изменения емкостного тока. Пределы регулирования дугогасящего реактора РЗДСОМ-380/10 – 25-50 А, а РЗДПОМ-190/10 – 5-25 А, и, следовательно, позволяют точную настройку в резонанс при любых режимах работы сети. При этом стоимость «добавочного» дугогасящего реактора малой мощности составляет примерно в 2-3 раза меньше стоимости нового плавнорегулируемого реактора.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspУчитывая, что трансформаторы для подключения дугогасящих реакторов, как правило, не используются для собственных нужд, а мощность их выбирается с некоторым запасом, во многих случаях они проходят по мощности для подключения двух дугогасящих реакторов. Необходимо только подтвердить это соответствующими расчетами [4].

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbspДолгое время считалось, что основным средством защиты при дуговых замыканиях на землю являются ограничители перенапряжений. Экспериментальные исследования, проведенные ОРГРЭСом, показывают, что при дуговых замыканиях на землю в сетях с компенсацией емкостного тока при резонансной настройке дугогасящих реакторов для ОПН создаются как раз более комфортные условия для работы. Если в сети с изолированной нейтралью (или что равноценно расстройке компенсации более 5%) дуговые пробои могут происходить каждый полупериод (на положительной и отрицательной полуволне 50 Гц), а уровень перенапряжений достигать 3,2 Uф, то в сети с резонансной настройкой повторные пробои возникают примерно раз в 10 периодов, а уровень перенапряжений снижается до 2,2 — 2,4 Uф. Это означает, что суммарная поглощенная ОПН энергия при дуговых замыканиях при резонансной настройке будет на два порядка меньше, чем в сети с изолированной нейтралью (степенью расстройки компенсации более 5%). Это означает, что в сети с компенсацией емкостного тока и резонансной настройкой ДГР можно применять ОПН с более глубоким уровнем ограничения перенапряжений (наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением). Компенсация емкостного тока также «спасает» ограничители перенапряжений от воздействия феррорезонансных процессов.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp1. В сетях 3-35 кВ с компенсацией емкостного тока замыкания на землю, рекомендуется применять плавнорегулируемые дугогасящие реакторы типа РЗДПОМ с микропроцессорными автоматическими регуляторами типа МИРК-4.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp2. В сетях 3-35 кВ, где имеется необходимое резервирование потребителей можно рекомендовать внедрение резистивного (низкоомного) заземление нейтрали и использование простых токовых защит типа РТЗ-50(51).
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp3. Необходимо рассмотреть возможность применения в сетях 3-35 кВ совместного применения дугогасящих реакторов и высокоомного резистора («активно-индуктивное» заземление нейтрали).
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp4. Применимость того или иного режима заземления нейтрали в сетях 3-35 кВ необходимо подтвердить соответствующими экспериментально-расчетными исследованиями уровней перенапряжений при дуговых замыканиях на землю.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp Список литературы.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, РД 34.20.501-2003, Москва, 2003г., СПО ОРГРЭС.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, РД 34.20.501-95, 15-е изд., Москва, 1996г., СПО ОРГРЭС.
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp3. Ф.А. Лихачев, «Замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсацией емкостных токов», 1971 г., Москва, «Энергия».
&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp4. «Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ» (ТИ 34-70-070-87), СПО Союзтехэнерго, Москва, 1988г.

Источник