Інструкція з компенсації ємнісного струму замикання на землю - Вимірювання напруг несиметрії, зміщення нейтралі та струмів замикання на землю

9 Методи та схеми вимірювання напруг несиметрії, напруг зміщення нейтралі та ємнісних струмів замикання на землю

9.1 Вимірювання в електричних мережах з компенсацією ємнісного струму замикання на землю виконуються з метою визначення:
- напруги несиметрії мережі та її окремих ділянок для виявлення необхідності та способів вирівнювання ємностей фаз відносно землі;

Кола сигнальної і опорної напруг
QF – вимикач автоматичний; KM - магнітний пускач; М - електродвигун; КР - перемикач керування; SB - кнопки місцевого керування; КК - ключ дистанційного керування; SQ - кінцеві перемикачі вичерпання діапазону регулювання
Рисунок 3 - Електрична схема керування плавнорегульованим дугогасним реактором

- напруги зміщення нейтралі при різних настроюваннях дугогасних реакторів і можливих поділах мережі;
- повного ємнісного струму замикання на землю та ємнісних струмів частин мережі, які можуть відокремлюватись за умовами експлуатації, для вибору місць встановлення і потужності дугогасних реакторів.
Вимірювання напруги несиметрії ділянок мережі з компенсованою нейтраллю виконуються в усіх основних (робочих і ремонтних) режимах їх роботи, а вимірювання напруги зміщення нейтралі -в усіх варіантах настроювання дугогасних реакторів.
Електричну схему для вимірювання напруг несиметрії та зміщення нейтралі показано на рисунку 4.
Використовуються трансформатор напруги, розрахований на номінальну напругу мережі, вольтметр і фазометр ВАФ-85.
Первинна обмотка трансформатора напруги приєднується до уземлюючого пристрою та кінця ізолюючої штанги, а у вторинну обмотку вмикаються вольтметр і фазометр. Затискачі а, Ь і с фазометра ВАФ-85 приєднуються до відповідних шинок напруги трансформатора напруги секції шин для контролю ізоляції в мережі, в якій виконуються вимірювання.
Можлива схема прямого вимірювання напруг несиметрії та зміщення нейтралі мережі з використанням вимірювальних приладів С-96, Ц-4312, Ц-4352 та ін. Один з виводів вимірювального приладу приєднується до уземлюючого пристрою, а інший - до ізолюючої штанги із захисним пристроєм.
Вимірювання як за схемою з трансформатором напруги, так і за схемою прямого вимірювання повинні виконуватись лише з дотриманням правил безпеки.

Рисунок 4 - Електрична схема вимірювання напруг несиметрії та зміщення нейтралі мережі

Вимірювання виконують короткочасним торканням ізолюючої штанги до нульового виводу трансформатора, який призначено для приєднання дугогасного реактора.
9.2 Вимірювання напруги зміщення нейтралі потрібно починати при найбільшому розстроюванні компенсації, незалежно від режиму компенсації. Послідовним перемиканням відгалужень дугогасного реактора зі ступінчастим регулюванням індуктивності (струму компенсації) або зміною зазора магнітопроводу плавнорегульованого реактора настроювання наближають до резонансу, і мережу переводять, наприклад, із режиму перекомпенсації в режим недокомпенсації.
Якщо електрична мережа або її частина має значну несиметрію фаз відносно землі, то при її настроюванні, яке наближається до резонансного, напруга зміщення нейтралі може досягти величини, сумірної з фазною напругою. При цьому через дугогасний реактор може протікати струм, вимкнення якого роз'єднувачем буде недопустиме. Гранично допустимі зміщення нейтралі і найбільші струми реакторів, які можуть вимикатись роз'єднувачами, наведено в таблиці 1.
Якщо струм дугогасного реактора більший ніж гранитно допустимий для відключення роз'єднувача, то перед його вимкненням необхідно зменшити зміщення нейтралі шляхом зниження напруги несиметрії електричної мережі ввімкненням чи вимкненням однієї із ліній, об'єднанням секцій шин та ін.
За результатами вимірювань будуються частини кривої залежності напруги зміщення нейтралі від настроювання дугогасного реактора Uo=f(/к). згідно з якими надалі виконуються розрахунки ємнісного струму замикання на землю.

Таблиця 1 – Гранично допустимі зміщення нейтралі та найбільші струми реакторів, які можуть вимикатись роз'єднувачами

На рисунку 5 наведено приклад побудови зазначеної залежності для мережі 35 кВ, в якій установлено дугогасні реактори зі ступінчастим регулюванням струму компенсації.
9.3 Попередню наближену величину повного ємнісного струму замикання на землю може бути розраховано за 6.5 [(формули (13) і (14)] і значеннями питомих ємнісних струмів повітряних та питомих ємнісних струмів замикання на землю кабельних ліній електропередачі (додаток Б, таблиці Б.1-В.4).
9.4 Під час використання дугогасних реакторів зі ступінчастим регулюванням індуктивності повний ємнісний струм мережі чи її частини може бути визначено за результатами:
або вимірювань напруги зміщення нейтралі при різних настроюваннях дугогасного реактора:

або вимірювань струмів, які протікають через реактор при двох його настроюваннях:

Для розрахунку ємнісного струму мережі за формулою (17) значення напруг зміщення нейтралі необхідно брати в безперервно зростаючій або спадаючій областях залежності Uo=f(/к) (рисунок 5).
Якщо в електричній мережі, в якій виконуються вимірювання, встановлено більше одного реактора, то під значеннями I1k іI2k мають на увазі суму відповідних значень струмів компенсації реакторів.
Точність визначення повного ємнісного струму мережі підвищується із збільшенням кількості вимірювань і розрахунків на основі результатів цих вимірювань. Результуюче значення ємнісного струму визначається як середньоарифметичне результату усіх розрахунків.
9.5 Під час використання дугогасних реакторів з плавним регулюванням індуктивності повний ємнісний струм можна розрахувати виходячи із значень вимірювань максимальної напруги зміщення нейтралі (на сигнальній обмотці реактора, на обмотці ЗUo, трансформатора напруги або за схемою рисунка 4) та струму реактора, настроєного в резонанс з ємністю мережі:

Для досягнення найбільшої точності вимірювань значення Uomax повинне бути не менше 5 -15 % Uф. За необхідності несиметрію електричної мережі може бути збільшено шляхом приєднання до однієї із фаз ємності, що дорівнює 0,5-1 % сумарної ємності мережі. Як ємність може бути використано фазу резервної кабельної лінії, що знаходиться під напругою. При цьому довжина резервної кабельної лінії повинна складати приблизно 1 % сумарної довжини ліній мережі.

9.6 Для визначення ємнісного струму в кабельній мережі без дугогасних реакторів (в якій несиметрія ємностей фаз відносно землі практично відсутня) може бути створено штучну несиметрію приєднання до однієї із фаз додаткової ємності, величина якої повинна становити
10 -15 % сумарної ємності мережі.

Ємнісний струм мережі обчислюється за формулою:

Як в кабельних, так і в повітряних електричних мережах за відсутності або недоступності нейтралі ємнісний струм можна визначати за формулою:

У формулах (20) і (21) замість складової 314 UфС доцільно використовувати виміряну величину струму, що протікає через додаткову ємність.
9.7 Одним із методів вимірювання ємнісного струму є метод штучного замикання на землю однієї із фаз мережі (наприклад, фази А). Цей метод застосовується також у випадках, коли потрібно виявити наявність струмів вищих гармонік у струмах замикання на землю осцилографічними вимірюваннями.
Схему вимірювання ємнісного струму методом штучного замикання фази мережі на землю показано на рисунку 6.
Для вимірювання виділяються одна система шин і резервний вимикач Qз для замикання фази на землю. З двох полюсів цього вимикача (наприклад, В і С) зі сторони живлення знімається ошиновка і всі три полюси з'єднуються послідовно з допомогою закоротки, розрахованої на струм КЗ. Вимикач Qз забезпечується захистом миттєвої дії (струмова відсічка), струм спрацювання не повинен перевищувати п'ятикратної величини повного ємнісного струму мережі (5/с). Для вимірювання ємнісного струму /с і струму замикання на землю /з використовуються трансформатор струму ТА2, встановлений в колі вимикача Q3, амперметр РА і ватметр PW. Для вимірювання струму компенсації дугогасного реактора /ц використовується трансформатор струму ТА1.
Трансформатори струму ТА1 і ТА2 можуть бути вибрані на будь-яку номінальну напругу з класом точності не нижче 1,0. Опір вимірювальних вторинних кіл не повинен перевищувати значень, допустимих для роботи трансформаторів струму в класі точності 1,0.

Вмикання та вимикання вимикача Qз повинне виконуватись дистанційно з місця встановлення вимірювальних приладів, яке вибирається на безпечній відстані від комірки вимикача Q3.
Перша гармонічна складова, активна і реактивна складові струму замикання на землю /з, ємнісного струму мережі /с, струму компенсації /к визначаються за показами ватметра PW при почерговому підведенні до нього напруги між незамкнутими на землю фазами Uвc і за величиною напруги 3Uo трансформатора напруги.
Реактивні /р і активні /а складові струмів /с, /з та /к розраховуються за формулами:

Рисунок 6 - Схема вимірювання ємнісного струму методом штучного замикання на землю фази мережі

Якщо частота мережі при вимірюваннях відрізнялась від 50 Гц, то дійсні величини ємнісних струмів і струмів компенсації повинні бути приведені до частоти 50 Гц за формулами:

Перемикач SA в колі струму повинен бути виконаний таким чином, щоб під час вмикання амперметра РА і струмової обмотки ватметра PW в коло одного із трансформаторів струму ТА1 або ТА2 коло трансформатора, який не використовується, закорочувалось.
Перемикач напруги SV повинен вмикати вольтметр PV чи на лінійну напругу Uвс, чи на напругу ЗUo трансформатора напруги TV1.
При наявності двох комплектів вимірювальної апаратури в перемикачах SA і SV необхідності немає.
Вимірювання струму дугогасних реакторів провадиться водночас з вимірюванням струму замикання на землю.
Якщо вимірювання ємнісного струму провадились почергово для частин мережі, які можуть відокремлюватись, чи окремих ліній електропередачі, то сума цих струмів буде повним ємнісним струмом усієї мережі. Для контролю результатів випробувань доцільно виміряти повний ємнісний струм усієї мережі при вимкнутих дугогасних реакторах.
9.8 На рисунку 7 показано схему вимірювання ємнісного струму мережі /с і струму дугогасного реактора /к методом штучного зміщення нейтралі від додаткового джерела напруги.
Величина напруги додаткового джерела повинна дорівнювати приблизно ЗО % фазної напруги для повітряних мереж і приблизно» 10 % для кабельних мереж. Напруга додаткового джерела, що подається на нейтраль, повинна бути в протифазі з однією із фазних напруг мережі.
Трансформатори струму ТА1 і ТА2 можуть бути будь-якої номінальної напруги, а трансформатор струму ТАЗ в нейтралі силового трансформатора повинен мати ізоляцію на повну робочу напругу мережі.
Номінальний струм додаткового джерела повинен бути більшим від ємнісного струму мережі, помноженого на п:

Якщо під час вимірювань у мережі виникає замикання на землю, то через додаткове джерело напруги протікає струм

Цей струм може в кілька разів перевищувати струм двофазного КЗ на виводах джерела.
Тому виділений вимикач (Зз повинен забезпечуватись захистом миттєвої дії (струмовою відсічкою).
Під час проведення вимірювань необхідно дотримуватись такого порядку:

- при вимкнутих дугогасних реакторах після збирання схеми вимірювань і ввімкнення усіх приладів виконується вимірювання напруги несиметрії Uнс;
- вмикаються дугогасні реактори, настроюються за можливістю в резонанс, провадяться вимірювання напруги зміщення нейтралі Uo для усієї мережі і для ділянок мережі, які в процесі експлуатації можуть відокремлюватись;
- вмикається вимикач Qз (короткочасно) і провадяться вимірювання ємнісного струму /с, струму замикання на землю /з і струму дугогасного реактора /р.
Дійсні величини ємнісного струму, струму замикання на землю і струму дугогасного реактора розраховуються за формулою:

Реактивні складові ємнісного струму, струму замикання на землю та струму дугогасного реактора визначаються за формулою:

Виміряти активну складову струму замикання на землю цим способом практично неможливо.
Метод штучного зміщення нейтралі від додаткового джерела напруги найдоцільніше використовувати для вимірювання ємнісних струмів, струмів замикання на землю та струмів дугогасних реакторів в нейтралях генераторів з метою настроювання компенсації та налагодження релейного захисту.