- 1.2.Перенапряжения при повторных зажиганиях дуги
- Расчетные значения напряжений в относительных единицах
- U A (t n )/U ф U n макс. /U ф
- 1.3.Ограничение перенапряжений с помощью дугогасящего реактора.
- 1.4.Выбор и применение дугогасящих реакторов
- Нормированные значения емкостного тока замыкания на землю
- 1.5.Смещение нейтрали в сетях с ДГР.
- 1.7.Устранение естесственной несимметрии сети
- 1.8.Перенапряжения в сетях с ДГР при отключениях двухфазных КЗ
- 1.10.Заземление нейтрали через высокоомное активное сопротивление
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ 1. Физическая природа возникновения перенапряжений при однофазных замыканиях на землю
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
Тема 1. Перенапряжения в системах с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю.
при однофазных замыканиях на землю. Одним из наиболее частых видов повреждений в сетях с изолированной нейтралью является однофазное замыкание на землю, сопровождающееся переходными процессами, приводящими к перенапряжениям. Рассмотрим упрощенную трехфазную систему, в которой вторичная обмотка трансформатора с индуктивностью L питает линию, имеющую симметричные емкости относительно земли СА=СВ=СС=С и междуфазные емкости САВ=САС=СВС=Смф, рис.1.1.  Рис.1.1. Схема замещения скти с изолированной нейтральюВ системе с изолированной нейтралью при заземлении одной из фаз напряжение на других фазах возрастает до линейного, а система обладает индуктивностями и емкостями. Поэтому в такой системе переход от одного состояния к другому сопровождается собственными колебаниями, в процессе которых напряжение может превысить установившееся значение. Для упрощения анализа переходного процесса индуктивности линий не учитываем, а емкости линий считаем сосредоточенными. Предположим, что замыкание на землю произошло в фазе А в момент t1, когда напряжение UA проходит свой отрицательный максимум. В этот момент напряжение на фазе В (как и на фазе С) равно UB=0,5Uф, а UAB=1,5UФ, UA=Uф. Сразу же после замыкания на землю емкость фазы В, заряженная до 0,5Uф оказывается соединенной параллельно с емкостью САВ, заряженной до 1,5Uф. Напряжения на них возрастают скачком до значения равного  ,где   . Рис.1.2. Напряжения и токи переходного процесса при дуговом замыкании фазы А на землю.Следовательно, напряжение на фазе В (как и на фазе С) в момент t1 изменится скачком от 0,5Uф до Uнач > 0,5Uф, но меньше своего установивщегося значения, т.е. 1,5Uф.  .Вследствие этого возникают колебания напряжения вокруг установившегося значения с амплитудой (пунктирная линия рис.1.2.):  с частотой  .Таким образом, непосредственно после замыкания фазы на землю напряжение на здоровых фазах испытывает скачек и далее начинается второй этап переходного процесса – перезаряд емкостей С и Смф через индуктивность источника. Напряжение на здоровых фазах, например В, в переходном процессе изменяется по закону  ,где - коэффициент затухания колебаний, определяемый активными сопротивлениями и проводимостями сети, а также наличием параллельной цепи активной нагрузки. Это напряжение достигнет максимального значения приблизительно через полпериода свободных колебаний, т.е. в момент t2=t1 0,5T= 1. Так как 1, то, обозначив 1=d, получим  В общем виде для момента времени t2 можно записать  .Обычно d=0,10,3, поэтому  , тогда для рассматриваемого примера  Обычно Смф=(0,250,3)С и k=0,20,25. Приняв k=0,2 и d=0,15, получим  Подобного рода процесс имеет место при любом характере замыкания фазы на землю. Но при металлическом замыкании на этом переходной процесс заканчивается, и перенапряжение на здоровых фазах имеет вид кратковременного пика с амплитудой (2,12,2)UФ. Однако, в электрических системах наиболее часты замыкания на землю через дугу, например при атмосферных перекрытиях гирлянды. В этом случае переходной процесс, благодаря повторным гашениям и зажиганиям дуги может затянуться и привести к нежелательным последствиям. С момента замыкания на землю в канале дуги проходит ток, состоящий из вынужденной составляющей Ic=3CUф и свободной составляющей Iсв=21(С + Смф)Uф. Так как 1 , то Icв >> Ic и суммарный ток проходит через нуль приблизительно в момент максимума напряжения на неповрежденной фазе. В момент токовой паузы (нуля) происходит интенсивная деионизация дугового столба, в результате чего постепенно восстанавливаются диэлектрические свойства промежутка и растет его пробивное напряжение (кривые А, Б и В рис.1.2). С другой стороны из-за роста сопротивления дугового столба на нем возрастает (восстанавливается) напряжение (UA рис.1.2), которое до токовой паузы было небольшим. Поэтому при каждом прохождении тока через нуль происходит попытка гашения дуги, результат которой зависит от соотношения скоростей восстановления напряжения на дуге и восстановления электрической прочности дугового промежутка. 1.2.Перенапряжения при повторных зажиганиях дуги Если дуга гаснет при первом прохождении высокочастотного тока через нуль (момент t2), то на емкостях здоровых фаз остаются заряды СUBмакс и СUCмакс (для рис.1.2 UВмакс=UВмакс), а на емкости С фазы А заряд равен нулю. После гашения дуги суммарный заряд распределится поровну между емкостями 3-х фаз, которые приобретут одинаковое дополнительное напряжение по отношению к земле U (смещение нейтрали), накладывающееся на напряжение источника.  Для рассматриваемого случая, поскольку UВмакс=UCмакс,  .Так как заряды с емкостей здоровых фаз переходят на емкость поврежденной фазы через индуктивность трансформатора, то этот процесс носит колебательный характер с частотой  , где Сэ=С + Смф. 2 21.Амплитуда колебаний равна разности между мгновенным значением вынужденного напряжения на поврежденной фазе непосредственно после обрыва дуги UA(t2) + U и начального напряжения до обрыва дуги равного нулю. В рассматриваемом примере  .На фазе А происходит характерный всплеск напряжения, называемый пиком гашения, который приближенно равен Uпг 2Uкол= 2[UA(t2) + U]. В нашем случае Uпг= 2(U – Uф). После затухания колебаний происходит медленный подъем напряжения с частотой источника. Одновременно с изменением восстанавливающегося напряжения по кривой UA (рис.1.2) происходит восстановление электрической прочности дугового промежутка по кривым А, Б или В. Случай А характерен для небольших сетей с малой емкостью С, у которых дуга ликвидируется в течение одного полупериода промышленной частоты. Это сети 35 кВ при токах замыкания на землю Iз= 5 10 А и сети 6-10 кВ при Iз= 20 30 А. В случае Б кривая восстановления электрической прочности дугового промежутка проходит выше Uпг и пересекается с кривой UA вблизи ее максимума. В этот момент дуга вновь загорится, но может опять погаснуть при прохождении через нуль высокочастотного тока. Дуга будет иметь перемежающийся характер. В случае В повторное зажигание дуги произойдет в момент t3 вскоре после гашения. Зажигание будеь сопровождаться колебательным процессом, но с меньшей амплитудой, т.к. напряжение на здоровых фазах в этот момент приблизилось к установившемуся значению. Вероятность гашения дуги при втором прохождении тока через нуль будет выше, а смещение нейтрали U меньше. Очередная попытка гашения дуги произойдет при следующем прохождении высокочастотного тока через нуль. Если дуга не погаснет во время высокочастотных колебаний, то она может быть погашена при прохождении через нуль тока промышленной частоты. Таким образом в случае В дуга может быть как перемежающейся, так и устойчивой. Наибольшую опасность для изоляции представляют перемежающиеся дуги, причем наибольшие перенапряжения возникают, когда повторное зажигание происходит приблизительно через полпериода после гашения дуги. Увеличение напряжения в переходном режиме по сравнению с первым зажиганием обусловлено смещением нейтрали U. Как видно из рис.1.2, в момент t4 увеличивается разность между установившимся значением UAB и напряжением на здоровой фазе UB + U, что и приводит к увеличению амплитуды свободных колебаний. Для определения максимального напряжения при n-ом зажигании дуги можно воспользоваться формулой определения UB макс , учитывая, что напряжение фазы А в момент, предшествующий зажиганию, возрастает на величину смещения нейтрали, образовавшегося в результате предыдущего гашения дуги.  Используя эту формулу, рассмотрим некоторые варианты поведения дуги и определим предельные значения перенапряжений. 1.Дуга гаснет при первом прохождении через нуль тока высокочастотных колебаний и зажигается через полпериода в момент максимального напряжения на поврежденной фазе (кривые Б и UA на рис.1.2) – теория Петерсена. Этот режим идеализирован и маловероятен, однако он позволяет получить предельные значения перенапряжений. В табл.1.1 приведены расчетные значения напряжений, полученные по данной теории при k=0,2 и d=0,1. Как видно из таблицы максимальные перенапряжения и смещение нейтрали растут от полупериода к полупериоду, но темп роста постепенно замедляется, т.к. наряду с процессом накопления зарядов на емкостях, когда дуга не горит, идет процесс стекания зарядов на землю при горении дуги. Постепенно рост перенапряжений прекращается. Предельное значение перенапряжений может быть найдено, приравняв Un макс=U(n-1)макс, и тогда  Отсюда  В рассматриваемом примере Un макс=4,26Uф. По теории Петерсена напряжение на здоровых фазах может повышаться до 7,5Uф. Таблица 1.1. Расчетные значения напряжений в относительных единицах
2.Эксперименты в сетях и на моделях, проведенные Н.Н.Беляковым, показали, что дуга может гаснуть при прохождении через нуль как высокочастотного тока, так и тока промышленной частоты. Причем попытка гашения дуги заканчивается удачно, если пик гашения не превышает определенного значения. Например, для сетей 6-10 кВ дуга гаснет, если Uпг 0,4Uф. В свою очередь это условие влияет на смещение нейтрали, которое должно быть не более U=0,5Uпг + Uф=1,2Uф. Если U>1,2Uф, то Uпг>0,4Uф - дуга погаснет и тут же загорится вновь. Заряды емкостей будут частично отводиться на землю. При следующем прохождении высокочастотного тока через ноль будет еще одна попытка гашения дуги и так до тех пор пока значение Uпг не станет меньше 0,4Uф. После этого дуга гаснет и может загореться лишь под влиянием восстанавливающегося напряжения промышленной частоты приблизительно через полпериода. Используя формулу для Unмакс, можно найти максимальное значение перенапряжений, если подставить в нее следующие значения: U= 1,2Uф; UA= UФsin ; UB= Uфsin( 120). Тогда при = 90  Следует отметить, что наибольшие перенапряжения возникают не в момент максимума напряжения на поврежденной фазе, а несколько раньше, что более вероятно. Теория Белякова дает меньшие значения перенапряжений, чем теория Петерсена, кроме того по ней напряжения нарастают не постепенно, а при втором зажигании дуги (через полпериода). Однако она носит частный характер, т.к. основана на экспериментах, ограниченных определенными условиями. По теории Белякова напряжения на здоровых фазах могут повышаться до 4Uф. 3.По теории Петерса-Слепяна дуга гаснет при переходе через ноль тока промышленной частоты и зажигается вновь при максимальном напряжении промышленной частоты на поврежденной фазе. В этом случае гашение дуги происходит через полпериода после зажигания, когда свободные колебания затухнут. При этом напряжения на здоровых фазах будут равны 1,5Uф, а U=Uф . Подставив эти значения в формулу определения максимального напряжения, получим UВ макс =1,5Uф + 2Uф(1 k)(1 d) = 1,94Uф. По теории Петерса-Слепяна максимальные перенапряжения могут достигать 3,5Uф. В реальных сетях перенапряжения (3 3,2)Uф являются предельными. Подобные перенапряжения не являются опасными для изоляции класса 35 кВ. Однако длительное их существование может вызвать повреждение ослабленной или загрязненной изоляции. Кроме того, дуга может переброситься на другие фазы. Поэтому дуговое замыкание фазы на землю должно быть ликвидировано возможно быстрее. 1.3.Ограничение перенапряжений с помощью дугогасящего реактора. Ток замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью не является чисто емкостным, т.к. имеются утечки по изоляторам, потери на корону в воздушных линиях, диэлектрические потери в кабелях. Полный ток замыкания на землю равен  , где g – активная проводимость. Рис.1.3.Включение индуктивности в нейтраль трансформатора Одним из наиболее распространенных способов уменьшения (компенсации) тока замыкания на землю является включение регулируемого реактора (катушки индуктивности, дугогасящего реактора) в нейтраль системы (рис.1.3). Если емкости всех фаз относительно земли равны друг другу, то в нормальном режиме Uн=0 и Iк=0. При однофазном замыкании на землю на нейтрали появляется напряжение нулевой последовательности Uн=Uф и ток в реакторе  ,где Lк и Rк – суммарная индуктивность и активное сопротивление нулевой последовательности. Через место замыкания на землю проходят емкостный и индуктивный токи, рис.1.3. Результирующий ток в месте замыкания на землю равен  ; ,где  ;  и  . Рис.1.4.Зависимость остаточного тока от настройки реактора.  Рис.1.5.Векторные диаграммы токов для различной ступени компенсации емкостного токаИзменяя индуктивность реактора можно изменять ток IL. Настройка реактора характеризуется коэффициентом настройки q=IL/Ic или q=(о)2, где о – собственная частота сети с реактором в нейтрали. Реактор настроен в резонанс, если q=1. Реактор настроен с недокомпенсацией, если q < 1, и с перкомпенсацией, если q > 1. На рис.1.4 приведена зависимость остаточного тока от настройки реактора, а на рис.1.5 – векторные диаграммы токов при разных настройках. В условиях эксплуатации трудно добиться точной настройки. При небольших отклонениях абсолютная величина Io мало отличается от активной составляющей. При подключенном к нейтрали дугогасящим реактором (ДГР) первая стадия переходного процесса при замыкании фазы на землю протекает практически также как и в системе с изолированной нейтралью. Однако после обрыва дуги положение изменяется. После затухания высокочастотных колебаний на емкостях всех фаз и на нейтрали появляется напряжение U. В схеме без ДГР это напряжение сохранялось бы вплоть до следующего зажигания дуги. В схеме с ДГР все три емкости фаз начинают разряжаться через индуктивность реактора в нейтрали. Этот процесс носит колебательный характер с частотой практически равной частоте источника. Однако напряжение U находится в противофазе с установившимся напряжением в поврежденной фазе, поэтому напряжение на ней после затухания высокочастотных колебаний растет медленно (рис.1.6) и новое зажигание дуги становится маловероятным.  Рис.1.6..Кривая восстанавливающегося напряжения на фазе А.Дугогасящий реактор способствует гашению дуги не только уменьшением тока в месте замыкания на землю, но и за счет медленного восстановления напряжения на дуговом промежутке. В то же время по теории Белякова максимальные перенапряжения определяются величиной пика гашения, который не изменяется. Таким образом, дугогасящий реактор практически не влияет на величину перенапряжений, но резко ограничивает их длительность и уменьшает вероятность появления предельных перенапряжений 1.4.Выбор и применение дугогасящих реакторов. Вопрос о необходимости применения дугогасящего реактора (ДГР) и о его мощности решается на основании расчета или измерения значения емкостного тока замыкания на землю. ДГР должен устанавливаться, если емкостный ток замыкания на землю превышает значения, указанные в табл.1.2. Таблица 1.2. Нормированные значения емкостного тока замыкания на землю
В сетях 6-35 кВ с ВЛ на металлических и железобетонных опорах ДГР должны устанавливаться при емкостном токе замыкания на землю более 10 А. В сетях с повышенными требованиями к электробезопасности (сети открытых горных и торфяных разработок, шахтных и т.п.) компенсация требуется при емкостном токе 5 А и более. ДГР выполняет свои защитные функции, будучи правильно настроенным. ДГР должен быть настроен на ток компенсации, как правило равный емкостному току (резонансная настройка). Допускается настройка с перекомпенсацией, при которой индуктивный ток 5 А, а степень расстройки не превышает 5%. В тоже время в сетях 35 кВ при емкостных токах менее 15 А допускается степень расстройки 10%. Настройка с недокомпенсацией допускается только при недостаточной мощности ДГР и при условии, что любые аварийно возникающие несимметрии емкостей фаз сети не могут привести к появлению напряжения смещения нейтрали, привышающего 70% Uф. Расстройка не должна превышать 5%. В случае выбора настройки с недокомпенсацией допустимость такого режима должна быть проверена расчетом значения напряжения смещения нейтрали при появлении несимметрии емкостей фаз сети. Как правило, ДГР должны иметь автоматическую настройку компенсации, чтобы в нормальном режиме напряжение несимметрии не превышало 0,75% фазного напряжения. При отсутствии в сети замыкания на землю допускается напряжение смещения нейтрали не выше 15% фазного напряжения длительно и не выше 30% в течение 1 часа. Если напряжения несимметрии и смещения нейтрали превышают указанные значения, то снижение их должно быть осуществлено выравниванием емкостей фаз относительно земли. Запрещаются пофазные включения и отключения воздушных и кабельных линий, если это может привести к напряжению смещения нейтрали, превышающему указанные значения. Предварительная оценка значения емкостного тока воздушной сети может быть произведена с помощью формулы Ic=(2,73,3)Uномl 10-3, где Uном – номинальное линейное напряжение в кВ; l – длина сети в км. Значения числового коэффициента: 2,7 – для ВЛ 6-10 кВ и 35 кВ без тросов; 3 – для ВЛ 35 кВ на металлических опорах с тросами; 3,3 – для ВЛ 35 кВ на деревянных опорах с тросам и.Увеличение емкостного тока за счет емкости оборудования подстанций ориентировочно оценивается путем увеличения Iс сети для воздушных и кабельных сетей 6-10 кВ на 10%, для воздушных сетей 35 кВ – на 12%. При выборе ответвлений ДГР со ступенчатым регулированием тока необходимо учитывать снижение тока реакторов вследствие сопротивления трансформаторов, в нейтраль которых включены реакторы. Действительный ток компенсации равен, А  = , где  - сопротивление трансформатора, Ом;  - сопротивление реактора, Ом; Uк – напряжение КЗ трансформатора, %;  - номинальное напряжение трансформатора, кВ; Sт – номинальная мощность трансформатора, МВА;  - номинальное напряжение реактора, В; Iрн – номинальный ток реактора, А.При схеме соединения обмоток трансформатора звезда-звезд  .Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на питающих подстанциях, связанных с электрической сетью не менее чем двумя линиями. Установка ДГР на тупиковых подстанциях недопустима, т.к. неполнофазные режимы питания трансформатора с ДГР, возникающие из-за обрыва проводов на питающей линии, приводят к неполнофазной компенсации емкостных проводимостей фаз сети индуктивными проводимостями ДГР. При этом смещение нейтрали может достигнуть опасных значений. Мощность реактора должна выбираться по значению емкостного тока сети с учетом ее развития в ближайшее время. При отсутствии данных о развитии сети мощность определяется по значению емкостного тока сети, увеличенному на 25%, т.е. Q=1,25IcUф. Выбор мощности ДГР с большими запасами может привести к неполному использованию ДГР и затруднить установку наиболее целесообразных настроек. Малые запасы мощности ДГР могут привести к необходимости работы сети при режимах недокомпенсации, при которых возможны появления опасных напряжений смещения нейтрали. Мощности ДГР должны быть выбраны такими, чтобы ступени токов компенсации (ответвлений) позволили устанавливать возможно полную компенсацию емкостного тока сети при возможных конфигурациях сети и отключениях отдельных линий. При Iс > 50 А следует применять не менее двух реакторов. ДГР и нейтраль трансформатора, к которой подключен реактор, должны быть защищены ОПН от перенапряжений, обусловленных срезом тока в ДГР при отключении двухфазных коротких замыканий на землю, когда на шинах трансформатора остается маленькая емкость. ОПН устанавливается также, если наибольший ток ДГР Iр 30Ic, где Ic – емкостный ток замыкания на землю на шинах после отключения КЗ.Отключение и включение холостого трансформатора, к нейтрали которого подключен ДГР, можно производить только после отключения реактора, так как неодновременность размыкания или замыкания контактов выключателя (разъединителя) может привести к появлению опасных перенапряжений, возникающих вследствие пофазной компенсации емкостей сети. 1.5.Смещение нейтрали в сетях с ДГР. В несимметричной сети без ДГР на нейтрали возникает напряжение несимметрии  Напряжение несимметрии в % - степень несимметрии:  .В нормальном режиме возможно незначительное смещение нейтрали, т.к. при любом встречающемся на практике расположении проводов ВЛ их емкости относительно земли неодинаковы. В частности, при горизонтальном расположении проводов емкость средней фазы Со приблизительно на 10 % ниже, чем емкости крайних фаз. Если принять, что емкости двух фаз одинаковы (СоА=СоС=С), а емкость третьей фазы СоВ=mC отличается от других, то  ,где  ;  .Например, при m=0,9 (емкость средней фазы при горизонтальном расположении проводов ниже на 10 % емкостей крайних фаз) Uнс=0,35Uф. Однако, при включении ДГР напряжение смещения нейтрали резко возрастает. Это может быть объяснено с помощью теоремы об активном двухполюснике и схемы замещения, рис.1.7, где э.д.с. источника равна напряжению Uнс. Индуктивность ДГР включена последовательно с внешним сопротивлением, т.е. суммарной емкостью и активной проводимостью трех фаз относительно земли. Схема рис.1.7 представляет собой резонансный контур, в котором возможны значительные повышения напряжения на отдельных элементах, в частности на индуктивности ДГР (резонанс напряжений).  Рис.1.7. Однофазная схема замещения для определения напряжения на нейтрали Таким образом, при включении ДГР в нейтраль трансформатора, имеющей напряжение Uнс , напряжение на ней возрастает до значения Uо, определяем ого по формуле  где  - смещение нейтрали без ДГР; Rк – активное сопротивление ДГР (катушки индуктивности); Lк – индуктивность ДГР.При идеальной настройке  и  Смещение нейтрали при включенном ДГР можно найти и так  где v – расстройка точной компенсации. где q – настройка ДГР. где  - частота собственных колебаний сети. d – коэффициент затухания.Для воздушных сетей с нормальным состоянием изоляции d=(26)% (6 кВ – 5%; 10 кВ – 4%; 35 кВ – 3%). При загрязнениях и увлажнениях d увеличивается до 10%. В кабельных сетях d=24%, в среднем 3%. Модуль вектора смещения нейтрали  При Uнс=(0,0050,0075)Uф, что имеет место в реальных сетях, Uо достигает (0,10,15)Uф. При идеальной настройке v=0 и Uо=Uнс/d. При d=0,05 Uo=20Uнс=(0,10,15)Uф. Резкое увеличение Uнс волзможно в аварийных случаях, например, при обрывах одной из фаз. Предположим, что произошло отключение участка сети (фазы) длиной (1 - m)l, где l – общая длина сети. Тогда  где Со и С1 – емкости нулевой и прямой последовательностей. С изменением суммарной емкости фаз изменяется и настройка ДГР, которая будет равна   .Смещение нейтрали составит  .Как видно из формулы смещение нейтрали зависит от степени настройки ДГР.  Рис.1.8.Смещение нейтрали при различной настройке ДГР и обрыве фазы 1 – q = 1: 2 – q = 1,1; 3 – q = 0,9; C1/Co = 2 Как видно из рис.1.8, обрыв фазы при недокомпенсации приводит к более тяжелым последствиям, чем при перекомпенсации. При недокомпенсации обрыв фазы может привести к v’= 0, а следовательно к полному резонансу, при котором Uо резко возрастает. При перекомпенсации отключение части емкости фазы ведет к повышению расстройки v’ и к снижению Uо. При работе ДГР с недокомпенсацией расчетным путем определяется предельная длина провода lпр, обрыв которого вызывает опасное смещение нейтрали. Для этого задаются значениями m, относительного изменения емкости фазы, и рассчитывают: степень несимметрии  ;расстройку компенсации  ;степень смещения нейтрали  По рассчитанной зависимости  определяется значение mп, при котором  . Для найденного значения mп и рассчитывается lпр по формуле где iс – удельный емкостный ток линии, А/км.1.6.Определение значения емкостного тока способом создания искусственной несимметрии В сетях 6-35 кВ часто возникает необходимость систематического контроля значений емкостных токов замыкания на землю. Существует несколько способов определения значений этих токов, среди которых способ создания искусственной несимметрии является достаточно простым и надежным. Искусственная несимметрия сосздается путем подключения дополнительной емкости Сд к одной из фаз, как показано на рис.1.9.  Рис.1.9. Схема замещения сети для расчета емкостного тока замыкания на землю. Расчет напряжений на фазных емкостях производится по формулам   где  фазные проводимости,  При симметричной системе линейных и фазных напряжений и при СА=СВ=СС=Сф подключение к одной из фаз дополнительной емкости изменяет напряжение на этой фазе лишь по модулю ( числитель в формулах, определяющий поворот вектора напряжения, остается неизменным), поэтому любое из приведенных соотношений преобразуется в выражение  где Uк – напряжение относительно земли на фазе, к которой подключен конденсатор; Uл – линейное напряжение сети. Отсюда, при измеренных значениях Uк и Uл и известном значении Сд может быть вычислена фазная емкость Сф. Емкостный ток замыкания на землю определяется по формуле  .В реальных сетях возможна естественная несимметрия емкостей фаз. В этом случае для получения расчетного значения емкостного тока замыкания на землю необходимо произвести измерения напряжения Uк на каждой из трех фаз при поочередном подключении к ним добавочной емкости. Расчетное значение емкостного тока замыкания на землю в этом случае получается как среднее арифметическое из трех значений Iс, рассчитанных для измеренных значений Uк. Относительная погрешность получаемых результатов по данному методу обычно не превышает 2%, если значение добавочной емкости имеет следующую величину, мкФ  где Iс – ориентировочный ожидаемый емкостный ток, А; Uл - линейное напряжение сети, кВ. В качестве добавочной емкости могут быть использованы косинусные конденсаторы.1.7.Устранение естесственной несимметрии сети Емкости проводов ВЛ определяются по формулам Максвелла. Для линий без тросов    , где nn и kn – собственная и взаимная частичные емкости фазы.        , м/пФ;  , м/пФ.rк – радиус к-го провода, для которого рассчитывается емкость; hк – высота к-го провода над землей; dкn – расстояние между проводами к и n; Dкn – расстояние между проводом к и зеркальным отображениям провода n. Для выравнивания емкостей фаз путем транспозиции надо: 1.Определить насколько емкости фаз различаются между собой, выбрать наименьшую емкость фазы и вычислить превышения емкостей других фаз. Например, если СВ наименьшая емкость, то СА и СС – превышения емкостей фаз А и С. 2.Определить, как нужно изменить емкости фаз. В данном случае емкость фазы В должна быть увеличена на  , а емкости фаз А и С – уменьшены соответственно на  и  3.Определить длину ВЛ, на которой будет осуществляться транспозиция. Если са, св, сс – удельные емкости проводов, мкФ/м, то транспозицию фаз А и В надо осуществлять на длине  , а фаз В и С на длине При выравнивании емкостей фаз сети путем переноса конденсаторов высокочастотной связи с одной фазы на другую изменение напряжения несимметрии Uнс определяется как  , где Ск – емкость конденсатора высокочастотной связи, мкФ.1.8.Перенапряжения в сетях с ДГР при отключениях двухфазных КЗ  Рис.1.10.Схема замещения сети с ДГР при двухфазном коротком замыканииВ нормальном режиме сети ток через реактор имеет небольшую величину и равен току небаланса, вызванным несимметрией ЭДС, неравенством емкостей фаз, а также наличием высших гармоник в фазных токах. При возникновении двухфазного КЗ на землю ток через реактор значительно возрастает, что связано с появлением значительной несимметрией сети. В момент отключения поврежденного участка сети выключателем В2 (рис.1.10) ток через выключатели фаз В и С проходит одновременно через нулевое значение, а ток через реактор Iр близок к максимуму. Последний мгновенно измениться не может и он должен теперь замыкаться на землю через емкости оставшейся в работе части сети. При этом, так же как и при отключении ненагруженных трансформаторов, могут иметь место значительные перенапряжения, величина которых существенно зависит от значения тока Iр в момент гашения дуги в выключателях фаз В и С. При отключении поврежденных фаз В и С в момент, когда токи IB и IC проходят через нулевое значение, происходит принудительное прекращение максимального тока реактора Ip=Uфm/2Lp. При этом энергия магнитного поля реактора  перейдет в электрическую энергию емкости Сп - подстанции и сети, оставшейся подсоединенной к подстанции -  , откуда , где Сп =3Сф1; Сф1 – емкость одной фазы сети после отключения линии Л2.Предположим, что перед КЗ реактор был настроен в резонанс с емкостью всей сети, т.е.  откуда  , тогда .Максимальная кратность перенапряжений  .Таким образом, величина перенапряжений зависит от соотношения емкостей Сф/Сф1 . Наибольшие перенапряжения (Кмакс=46) имеют место на тупиковой подстанции, где это отношение велико. На подстанции с несколькими отходящими линиями (даже двумя) перенапряжения отсутствуют. Следовательно, дугогасящие реакторы не следует устанавливать на тупиковых подстанциях, если же это имеет место, то данного вида перенапряжения могут быть ограничены установкой ОПН или вентильного разрядника рядом с реактором или путем применения шунтирующих сопротивлений в выключателях. 1.10.Заземление нейтрали через высокоомное активное сопротивление Вместо реактора в нейтраль может быть включено активное сопротивление. Применение высокоомного резистора в нейтрали трансформаторов распределительных сетей 3-35 кВ предотвращает возможность возникновения перемежающихся дуг при однофазном замыкании на землю. Уменьшается кратность бросков свободного емкостного тока, а установившийся ток замыкания на землю практически не возрастает. Облегчаются условия поиска поврежденной фазы. Предотвращается появление феррорезонанса в сети. Резисторы значительно дешевле реакторов и эксплуатация их проще. Однако, наряду с этими положительными моментами, имеются ряд требований, которые должны быть выполнены при установке резистора. Требуется обеспечение резервного электроснабжения ответственных потребителей. Ячейка выключателя каждой линии должна оборудоваться устройством АПВ и защитой, действующей на отключение. Кроме того, имеются некоторые конструктивные затруднения при осуществлении заземления нейтрали через резистор, особенно при значительном емкостном токе.  1.11.Схема защиты от перенапряжений сети с резистивным заземлением нейтрали. Rн – заземляющий резистор; ТТ – трансформатор тока нулевой последовательности; КА – токовое реле; КТ – реле времени; ТН – трансформатор напряжения; ПР – предохранитель; ТЗ – трансформатор заземляющий; ОПН – ограничитель перенапряжений. Параметры резисторов, рассчитанных на постоянное включение в нейтраль трансформатора, определяются по условию ограничения перенапряжений до заданной величины (обычно до уровня Uисп вращающихся машин) и по току однофазного замыкания на землю. Обычно Rн=(13) кОм. Такой резистор, шунтируя обмотки высокого напряжения трансформаторов напряжения по нулевой последовательности, практически исключает развитие феррорезонансных колебаний и термическое разрушение изоляции обмоток. Для сетей с резистивным заземлением нейтрали, в которых допускается аварийное отключение поврежденной линии с однофазным замыканием, может быть использована схема с двумя ограничителями, имеющими различные уровни защиты, рис.1.11. Активный ток замыкания на землю создается резистором Rн. На всех линиях, присоединеных к шинам 6 кВ, устанавливается ненаправленная токовая защита от замыканий на землю, действующая на отключение без выдержки времени. Селективность ее определяется тем, что активный ток протекает только через поврежденную линию. Через остальные линии протекает лишь собственный емкостный ток нулевой последовательности, от которого защита отстраивается. При отказе токовых защит линий или при однофазных замыканиях на шинах действует защита, подключенная к трансформатору тока в цепи резистора Rн. Эта защита с временем 0,5 с действует на отключение заземляющего трансформатора вместе с резистором и ОПН1, поэтому в схеме исключено длительное существование большинства однофазных замыканий, что благоприятно сказывается на работе оборудования. Кроме того, исключено длительное воздействие линейного напряжения на ОПН1. Перенапряжения при однофазныхзамыканиях ограничиваются резистором в нейтрали до уровня 2,4Uф. Все это создает достаточно легкие условия работы ограничителя ОПН1, который должен длительно выдерживать только фазные напряжения сети, поэтому его защитные характеристики могут быть выбраны приблизительно на уровне 2,0Uф. В случаях отказа токовых защит линий или возникновения однофазного замыкания на шинах сеть переходит в режим работы с изолированной нейтралью и остается под защитой ОПН2, который должен быть рассчитан на длительное воздействие линейного напряжения. Поэтому этот ограничитель имеет защитные характеристики на уровне (2,93,0)Uф, худшие по сравнению с ОПН1. В подавляющем большинстве случаев при нормальной работе защиты удается обеспечить уровень ограничения перенапряжений до (2,12,3)Uф. При отказе токовых защит линий, когда ограничение перенапряжений осуществляется ОПН2, воздействующие на оборудование перенапряжения увеличиваются до (2,63,0)Uф. |