Стартовая >> Архив >> Подстанции >> Режимы нейтрали электрических сетей

Компенсированная сеть - Режимы нейтрали электрических сетей

Оглавление
Режимы нейтрали электрических сетей
Напряжения и токи при однофазном замыкании на землю
Установившееся однофазное замыкание на землю
Переходные процессы при замыкании на землю
Перемежающееся дуговое замыкание на землю
Преимущества и недостатки работы некомпенсированной сети с изолированной нейтралью
Сеть с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление
Компенсированная сеть
Нормальный режим работы компенсированной сети, преимущества
Сети с эффективным заземлением нейтрали
Сопротивления трех последовательностей элементов сети
Феррорезонансные процессы в электрических сетях при замыкании фазы на землю
Феррорезонансные процессы в сети, возникающие при ее исправном состоянии
Нагруженный ФНПП при учете потерь в его обмотках и магнитопроводах
Мероприятия по ограничению феррорезонансных процессов в сети
Феррорезонансные процессы в сетях, нормально работающих с глухозаземленной нейтралью
Способы выполнения заземления нейтрали некомпенсированных сетей
Эффективное заземление нейтрали электрических сетей
Автоматическое замыкание на землю поврежденной фазы
Развитие принципов выполнения дугогасящих аппаратов
Конструкции дугогасящих реакторов
ДГР с переключением ответвлений обмотки под напряжением
Преимущества и недостатки ДГР различных типов
Принципы автоматической настройки компенсации емкостного тока основной частоты
АНК по фазовым характеристикам сети
Компенсация активной и гармонических составляющих тока замыкания на землю
Преимущества и недостатки основных принципов и устройств компенсации тока замыкания на землю
Ограничение напряжения нейтрали в компенсированной сети
Влияние режимов нейтрали на технико-экономические показатели электрической сети
Режим нейтрали и надежность электроснабжения потребителей
Влияние режимов нейтрали на условия безопасности в электрических сетях
Влияние режимов нейтрали на выполнение устройств селективной защиты от замыканий на землю
Выбор режимов нейтрали в сетях
Список литературы

ГЛАВА IV
КОМПЕНСИРОВАННАЯ СЕТЬ

 Основные соотношения при установившемся однофазном замыкании на землю

В компенсированных сетях основная гармоника емкостного тока замыкания на землю компенсируется индуктивностью заземляющего ДГР, который включается непосредственно между нейтральной точкой какого-либо оборудования сети (обычно силового трансформатора) и землей. Однако принципиально возможно также его включение в цепь вторичных обмоток группы однофазных трансформаторов (или трехфазного), соединенных в разомкнутый треугольник, как указано выше для активного сопротивления. Во всех случаях, помимо индуктивности ДГР, в суммарной заземляющей индуктивности Lн должны учитываться индуктивности нулевой последовательности трансформаторов. Известны также исполнения дугогасящих устройств, присоединяемых непосредственно к трем фазам сети. В них совмещаются функции трансформатора и ДГР. Однако они не получили распространения в нашей стране.
Основные процессы, имеющие место в симметричной компенсированной сети при точной настройке индуктивности ДГР (ωLн=1/3ωс), наглядно иллюстрируются схемами и векторными диаграммами, представленными на рис. 16. При построении этих схем и диаграмм приняты идеализированные условия отсутствия потерь в ДГР, продольных сопротивлений линий, проводимостей утечек, междуфазных емкостей и нагрузок сети. Кроме того, пренебрегаем гармониками напряжений и токов.
Нормальному режиму работы сети соответствует рис. 16, а. От эквивалентного питающего источника, ЭДС которого равны Еа, а2ЕА, аЕА, по линии и емкостям с проходят токи прямой последовательности. Разумеется, смещение нейтрали отсутствует, и напряжения фаз относительно земли UA, Uв, Uc равны соответствующим ЭДС источника.

Рис. 16. Схемы замещения компенсированной сети без потерь и соответствующие векторные диаграммы токов и напряжений: а —нормальный режим; б — дополнительные токи и напряжения нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю; в— наложение токов и напряжений, показанных на а и б.

В момент замыкания фазы на землю происходит переход от режима, показанного на рис. 16, а, к режиму, представленному на рис. 16, в. При этом возникают свободные затухающие переходные процессы, обусловленные перезарядом емкостей фаз и нарастанием тока в индуктивности Lн. Эти процессы практически мало зависят один от другого.
При отключении замыкания на землю имеет место обратный переход от режима, показанного на рис. 16, в, к режиму, приведенному на рис. 16, а. При этом также начинается затухающий переходный процесс. В отличие от предыдущего он протекает в замкнутом контуре 3cLH, т. е. является общим для емкости 3с и индуктивности LH. При принятых допущениях этот процесс имеет характер незатухающих свободных колебаний, частота которых равна рабочей частоте сети (подробнее см. следующий параграф).)
При решении практических вопросов компенсации емкостного тока замыкания на землю в отличие от некомпенсированных сетей уже нельзя пренебрегать активными утечками в сети и потерями в меди и стали ДГР.
Обычно при нормальном состоянии сети проводимости активных утечек в ней составляют 2—3 % емкостных, а активная проводимость ДГР — около 2 % его индуктивной проводимости. При учете утечек и потерь схема компенсированной сети и ее схема замещения нулевой последовательности представляются в виде, показанном на рис. 17.
схема компенсированной сети
Рис. 17. Упрощенная схема компенсированной сети (а) и схема ев замещения нулевой последовательности (б).

Влияние высших гармоник на процесс однофазного замыкания на землю

В предыдущем изложении мы пренебрегали возможным искажением формы кривых установившихся напряжений сети и токов замыкания на землю, считая их синусоидальными. В некоторых случаях, в особенности в компенсированных сетях, с этим искажением приходится считаться. К основным причинам искажения относятся несинусоидальность ЭДС источников питания сети, нелинейность некоторых нагрузок, в частности преобразовательных установок, и характеристик холостого хода (х. х.) присоединенных к сети трансформаторов.
Практически ЭДС питающих источников обычно содержат ряд нечетных высших гармоник. Считая ЭДС трех фаз симметричными, нетрудно заключить, что 7-я, 13-я, 19-я, ... гармоники образуют трехфазные системы напряжений прямой последовательности, 5-я, 11-я, 17-я,... гармоники — системы обратной последовательности, а нечетные гармоники, кратные трем, 3-я, 9-я, 15-я, ... — системы нулевой последовательности. Последние создают при нормальном режиме напряжение на нейтрали и дополнительные составляющие фазных напряжений.
Нелинейные нагрузки, а также силовые и измерительные трансформаторы создают гармоники токов в фазах сети и соответствующие падения напряжения (возрастающие по мере удаления от питающих источников), которые также накладываются на нормальные фазные напряжения и напряжения нейтрали. В результате в любой точке сети напряжения фаз относительно земли при нормальном режиме содержат, помимо составляющих основной частоты, еще ряд высших гармоник.
В случае замыкания фазы на землю ток замыкания на землю зависит от ЭДС эквивалентного генератора, которая равна напряжению фазы в точке повреждения в предыдущем режиме. Следовательно, помимо тока основной частоты возникают дополнительные составляющие токов высших гармоник, на которые ДГР, настроенный на частоту 50 Гц, оказывает незначительное влияние. Во всех случаях при наложении высших гармоник напряжения или тока они складываются со слагающей основной частоты в квадратуре, т. е. получающееся в результате сложения действующее значение равно корню квадратному из суммы квадратов всех составляющих разных частот.
Ток замыкания на землю, создаваемый первой (Еф1), третьей (Еф3), девятой (Еф9) и другими гармониками фазного напряжения, например, при сопротивлении в месте повреждения R = 0, отсутствии активных потерь и утечек:
(IV.21)
Если первая гармоника точно компенсируется, т. е. 3ωс = 1/ωL, то
(IV. 22)
Отсюда видно, что даже относительно небольшая гармоника напряжения может вызвать значительную составляющую тока замыкания на землю. Если, например, в фазном напряжении содержится девятая гармоника, равная всего 2% этого напряжения, то она вызывает соответствующую гармонику тока, равнуюемкостного тока
основной частоты.

Восстановление нормального режима сети после отключения однофазного замыкания на землю

Однофазное устойчивое замыкание на землю может быть устранено отключением поврежденного участка сети. В случае замыкания через дугу, при недостаточных для ее поддержания активном токе и высших гармонических повреждение ликвидируется сейчас же после затухания начального разрядного тока.
Однако в указанных случаях напряжение на поврежденной фазе восстанавливается не сразу, а постепенно (практически в течение нескольких периодов рабочей частоты). Как указывалось выше, это объясняется тем, что после погасания дуги емкость системы 3с и индуктивность ДГР L образуют колебательный контур, собственная частота которого при точной настройке ДГР, пренебрегая активными потерями и утечками, равна рабочей частоте системы.
Свободный ток этого контура обусловливает падение напряжения на реакторе, в первый момент равное рабочему напряжению поврежденной фазы, и разность потенциалов между фазой а землей некоторое время равна нулю. По мере затухания переходного процесса постепенно восстанавливается нормальное напряжение поврежденной фазы относительно земли, а напряжение нейтрали понижается до нуля.

Напряжение биений достигает максимума приблизительно через время Тб/2, причем оно возрастает с увеличением расстройки в сторону недокомпенсации (ωLH > 1/ωс) и уменьшается с приближением к точной настройке.
кривые восстанавливающихся напряжений на поврежденной фазе
В качестве примера на рис. 21 представлены кривые восстанавливающихся напряжений на поврежденной фазе после отключения замыкания на землю [8].
В работе [52] приведен большой объем экспериментальных и расчетных данных, иллюстрирующих указанный процесс биений и ряд других особенностей компрессованных сетей. Только при точной компенсации, сохраняющейся после обрыва дуги (ωб= ω), биения не возникают. Поскольку в реальных условиях вместе с дугой отключается и часть емкости сети, то в случае недостаточно быстрой или неточной настройки ДГР возможно повышение напряжения на поврежденной фазе, ориентировочно до 1,5 Еф.



 
« Разработка ВДК 10 кВ, 31,5 к А и номинальными токами 1600 и 3200 А   Режимы работы вентильных разрядников при грозовых перенапряжениях »
электрические сети