6. Введение, раздел 1-2 (1193840), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В силу изменения конфигурации электрической сети в процессе эксплуатации, в результате плановых или аварийных переключений, происходит изменение величины ёмкости сети. В результате чего нарушается резонансная настройка дугогасящего реактора. Ранее для решения этой проблемы широко применялись реакторы со ступенчатым регулированием. При этом переключения производятся ступенями с определенной кратностью, что не всегда позволяло настроить ДГР в резонанс с сетью. Такой способ регулирования имел низкую эффективность, так как зачастую происходила либо недокомпенсация, либо перекомпенсация ёмкостного тока сети. На смену ступенчатым пришли более эффективные плавнорегулируемые реакторы, так в источнике [8] указаны современные средства и методы компенсации ёмкостных токов в сетях 6÷35 кВ с изолированной нейтралью. Такие реакторы управляются автоматическими регуляторами, которые отслеживают изменение ёмкости сети и в зависимости от изменений настраивают реактор в резонанс.

Режим изолированной нeйтрали используется в единой энергетической системе (ЕЭС) России достаточно давно и большинство сетей 6÷35 кВ работает именно с этим режимом заземления нейтрали, как показано на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Долевая диаграмма видов заземления нейтрали, используемых в России в процентах от общего числа

Не только в нашей стране, но и в Финляндии имеется значительное число сетей с изолированной нейтралью [4]. Там указанный режим используется исключительно в воздушных сетях 20 кВ и его применение существенно отличается от отечественной практики эксплуатации. В частности, при наличии режима изолированной нейтрали в сети 20 кВ защиты от замыканий на землю действуют на мгновенное отключение повреждённой воздушной линии. При отказе в отключении выключателя отходящей линии с выдержкой времени 0,5 секунды отключается выключатель ввода.

Таким образом, проведя анализ применяемых видов заземления нейтрали, можем заключить:

1. электрические сети 6÷35 кВ РФ обладают специфическими особенностями в виде использования изолированной нейтрали;

2. в мировой практике для распределительных сетей 6÷35 кВ преимущественно используется режим работы эффективно-заземленной нейтрали (через резистор).

1.2 Анализ электромагнитных процессов, протекающих в ВЛ 6÷35 кВ с изолированной нейтралью

Рассмотрим особенности режима изолированной нейтрали и протекающих в этом режиме электромагнитных процессов для ВЛ 6÷35 кВ.

В режиме изолированной нейтрали электрическая сеть не имеет ни одной точки связи с землей. В нормальном режиме по линии передается мощность и протекает ток нагрузки I_Н. Однако в случае, когда нагрузка отключена, по фазным проводам линии будут протекать небольшие токи I_С [4]. Эти токи называют емкостными или зарядными токами линии, обусловленные наличием ёмкостей фазных проводов линии по отношению к земле. На схеме замещения линии с отключенной нагрузкой (рисунок 1.3) эти ёмкости обозначены как С_А, С_В и С_С. Ток в линии при отключенной нагрузке определяется только емкостной проводимостью. При этом продольные сопротивления почти не оказывают влияние на величину емкостного тока и их на схеме замещения не изображают.

Рисунок 1.3 – Схема замещения линии с отключенной нагрузкой

В нормальном режиме напряжения фаз сети по отношению к земле U_А, U_В и U_С равны соответствующим фазным напряжениям по отношению к нейтрали трансформатора U_АN, U_ВN и U_СN. Векторы этих напряжений образуют симметричную звезду, а напряжение нейтрали по отношению к земле U_NЗ равно нулю (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Векторная диаграмма напряжений и емкостных токов в нормальном режиме

Ёмкостное сопротивление фаз по отношению к земле определяется по формуле:

. (1.1)

Сопротивление х из формулы (1.1) в тысячи раз больше продольных активных и индуктивных сопротивлений воздушной или кабельной линии. Поэтому величина зарядного тока линии практически не зависит от продольных сопротивлений линий и определяется только поперечной ёмкостной проводимостью. При равных фазных напряжениях U_А=U_В =U_С=U_Ф, ёмкостные токи фаз также равны между собой (выражение (1.2)):

I_СА = I_СВ = I_СС = U_ф·ω·C. (1.2)

Зарядные токи носят ёмкостной характер. На векторной диаграмме (рисунок 1.4) векторы зарядных токов опережают векторы соответствующих фазных напряжений на 90^о. По сравнению с током нагрузки зарядный ток мал, в нормальных режимах работы заметного влияния на работу сети не оказывает и в расчетах нормального режима не учитывается.

Предположим теперь, что в какой-либо точке сети произошло замыкание одной фазы на землю. Для упрощения анализа предположим, что замыкание на землю металлическое, то есть без переходного сопротивления в месте повреждения (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Пути протекания токов замыкания на землю в сети

Из схемы рисунка 1.5 наглядно видно, что сеть имеет только одну точку связи с землей. Это значит, что замыкание одной фазы на землю не привело к образованию короткозамкнутого контура. Это первое важное свойство сетей с изолированной нейтралью. Из него следует, что в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной фазы не возникает ток короткого замыкания. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью нельзя называть коротким замыканием. По общепринятой технической терминологии его называют «простым замыканием на землю» или просто «замыканием на землю», без добавки «короткое». В сети с изолированной нейтралью изоляция фаз относительно земли выбирается по линейному напряжению, чтобы сеть могла длительно работать с замыканием на землю.

Несмотря на то, что замыкание одной фазы на землю не приводит к образованию короткозамкнутых контуров, ток на землю в месте повреждения все же возникает. Он, как и зарядный ток, обусловлен емкостными проводимостями фаз сети относительно земли и носит емкостной характер. Рассмотрим пути протекания и величину тока замыкания на землю в месте повреждения. Допустим, что в точке К произошло замыкание на землю фазы А (рисунок 1.5). Тогда ток в месте повреждения протекает по двум контурам:

- в одном конуре (точка К – земля – емкость С_В – провод фазы В – фаза В трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) под действием междуфазного напряжения АВ;

- в другом (точка К – земля – емкость С_С – провод фазы С – фаза С трансформатора – нейтраль N – фаза А трансформатора – провод фазы А до точки замыкания К) - под действием междуфазного напряжения АС.

При этом ток в месте повреждения I_З равен векторной сумме токов I_С,В и I_С,С двух контуров и определяется выражением (1.3):

, (1.3)

где U_ВА и U_СА – междуфазные напряжения фаз В и С относительно поврежденной фазы А. Векторная диаграмма напряжений и токов в линиях с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной из фаз линии показана на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 – Векторная диаграмма напряжений и ёмкостных токов при металлическом замыкании на землю фазы А

Векторная сумма двух междуфазных напряжений U_ВА и U_СА по величине равна утроенному фазному напряжению относительно нейтрали и направлена противоположно вектору напряжения поврежденной фазы А:

При этом для тока в месте замыкания из выражения (1.3) получаем:

. (1.4)

Таким образом, ток замыкания на землю в месте повреждения всего лишь в три раза превышает емкостной зарядный ток одной фазы нормального режима. Это означает, что емкостной ток в месте повреждения несущественно отличается от зарядного тока линии и не может называться током короткого замыкания.

Многолетняя эксплуатация сетей с изолированной нейтралью в России и других странах мира позволила собрать и обобщить накопленный опыт применения режима работы изолированной нейтрали. На основании [8-11] отметим основные недостатки применения данного режима в сетях 6÷35 кВ, а именно:

- дуговые перенапряжения при однофазных замыканиях на землю в сети и пробои изоляции на первоначально неповрежденных фидерах (многоместные повреждения изоляции, когда одновременно повреждается изоляция нескольких фидеров);

- повреждения трансформаторов напряжения при замыканиях на землю и при возникновении феррорезонансных процессов;

- сложность обнаружения места повреждения;

- высокая вероятность неправильной работы релейных защит от однофазных замыканий на землю;

- опасность поражения персонала и посторонних лиц электрическим током при длительном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью.

Но, несмотря на эти недостатки, изолированная нейтраль имеет неоспоримое преимущество, так как обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). ОЗЗ имеют малый ток замыкания и составляют 80-90 % повреждений в этих сетях. В связи с этим, потребители, подключенные на линейное напряжение, продолжают получать питание в нормальном режиме, что обеспечивает бесперебойность электроснабжения и избежание экономических убытков. Поэтому для обеспечения максимально возможной надёжности работы такой сети необходимо, чтобы однофазный ток замыкания был настолько мал, чтобы в течение достаточно длительного времени (времени, необходимого для поиска и устранения повреждения) можно было бы обойтись без отключения потребителей [8].

1. Особенности государственного регулирования по вопросам КРМ и КЭ

Как было рассмотрено ранее, при работе устройств КРМ возникает потребность в компенсации ёмкостных токов при ОЗЗ [7-10], что приведет к самопроизвольному погасанию дуги [11], улучшит условия электробезопасности, снизит кратность перенапряжений, но особое внимание при выборе устройства КРМ мы уделим проблемам с регулированием напряжения у потребителей и обеспечения надлежащего качества электроэнергии посредством КРМ.

Отметим, что одним из наиболее важных вопросов обеспечения качества электроэнергии является проблема снижения уровня высших гармонических составляющих и несимметрии тока и напряжения. Проблема возникла в связи с широким внедрением силовой электроники как наиболее эффективного средства обеспечения требуемых режимов работы электромеханических и технологических комплексов.

В настоящее время все способы снижения несимметрии и несинусоидальности кривой тока и напряжения в распределительных сетях можно разделить на две группы: схемные решения и применение специальных технических средств [12].

К схемным решениям можно отнести рациональное построение сети, которое включает в себя: увеличение установленной мощности силовых трансформаторов систем электроснабжения; применение разделительных трансформаторов с обмотками «треугольник-звезда» позволяет эффективно бороться с гармониками, кратными третьей, при сбалансированной нагрузке. Для ослабления влияния несимметрии нагрузки по фазам и уменьшения тока применяют равномерное распределение однофазных электроприемников по фазам [17].

К техническим средствам относятся современные устройства компенсации реактивной мощности, которые целью своего применения имеют не только поддержание баланса активной и реактивной мощности, но и приведение формы тока и напряжения к нормативным, синусоидальным формам.

Отметим, что четких рекомендаций и определений по выбору заземления согласно ПУЭ в сетях 6÷35 кВ не отображено[5]. Однако в ПУЭ указаны граничные ёмкостные токи, при достижении значения которых должна немедленно производиться компенсация данных токов [5]:

Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах:

− в сетях напряжением 3 – 20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ – более 10 А;

− в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи:

Характеристики

Список файлов ВКР