Глава шестая
РАБОТА ПЕРСОНАЛА ПО ПОДДЕРЖАНИЮ РЕЖИМА ГОРОДСКОЙ СЕТИ
1. Режим нейтрали и компенсации емкостных токов
Согласно ПУЭ, городские распределительные сети 6—10 кВ выполняются с изолированной нейтралью, что повышает уровень надежности электроснабжения потребителей, так как в случае возникновения в сети с изолированной нейтралью однофазного повреждения на землю электроприемники, присоединенные к сети, могут нормально работать, а поврежденный элемент сети не требует немедленного отключения.
Последнее определяется тем, что однофазное повреждение на землю в таких сетях сопровождается, как правило, только увеличением фазных напряжений неповрежденных фаз до линейного значения. Поврежденный участок сети выявляется и отключается действиями дежурного персонала, с предварительным вводом в работу резервных элементов.
В протяженных кабельных сетях 6—10 кВ токи замыкания на землю могут достигать значительных размеров, так как кабельные линии имеют большую емкость. С увеличением емкостного тока в месте повреждения отмечаются явления, которые отрицательно сказываются на состоянии изоляции неповрежденных фаз сети.
С ростом тока увеличивается вероятность перехода однофазного замыкания в месте повреждения на землю в двух- или трехфазное к. з. Сильнее проявляются особенности электрической дуги, возникающей в месте однофазного повреждения на землю. В сетях с изолированной нейтралью устойчивое замыкание на землю возникает не сразу, а сначала в виде «перемежающейся» дуги. В момент перехода тока через нулевое значение дуга прекращается, а затем возникает вновь. Это явление сопровождается опасным повышением напряжения неповрежденных фаз относительно земли, которое может вызвать ослабление изоляции кабелей и аппаратуры в любой точке сети, а также электрический пробой изоляции этих элементов.
Емкостные токи до 30 А не порождают значительных разрушений оборудования 6—10 кВ в зоне замыкания на землю, а также опасных перенапряжений в сети. Появляющаяся в месте повреждения дуга относительно быстро гасится и возникает устойчивое замыкание на землю.
Согласно требованиям ПУЭ, в сетях напряжением 6—10 кВ при токах замыкания на землю более 30 и 20 А соответственно необходимо принимать меры по ограничению этих токов. С этой целью используется компенсация емкостных токов, задача которой — исключить протекание тока через место замыкания на землю при наличии такого повреждения, или уменьшить этот ток до минимального значения, а также ограничить перенапряжения в сети при повторных зажиганиях дуги в месте повреждения. Компенсация осуществляется путем включения между нулевой точкой сети и землей индуктивной дугогасящей катушки, параметры которой определяются значением емкостного тока замыкания на землю.
Принцип действия заземляющей дугогасящей катушки заключается в следующем. При нормальном режиме потенциал нулевой (нейтральной) точки сети равен нулю, в результате чего катушка не работает. Во время замыкания на землю нулевая точка сети оказывается под фазным напряжением и через заземляющую катушку протекает индуктивный ток, отстающий от напряжения на 90°. В месте повреждения одновременно протекают указанный индуктивный и емкостный токи, обусловленные повреждением на землю, которые опережают напряжение на 90°. В результате происходит взаимная компенсация этих токов, так как они имеют сдвиг по фазе на 180°.
В зависимости от способа регулирования тока компенсации современные катушки выпускаются трех типов: 1) с переключением ответвлений обмотки; 2) с изменением зазора в магнитной системе (плунжерные катушки); 3) с изменением индуктивности путем подмагничивания постоянным током.
Отечественная промышленность выпускает катушки с ответвлениями типа ЗРОМ (заземляющий реактор однофазный масляный). Заводами ГДР и ЧССР изготовляются катушки других типов. Катушки с подмагничиванием производятся в некоторых энергосистемах по местным техническим требованиям.
В табл. 6-1 приведены технические данные дугогасящих катушек, распространенных в сетях Советского Союза.
Таблица 6-1
Технические данные дугогасящих заземляющих катушек
Катушки ЗРОМ выполняются с ответвлениями до пяти значений тока. Переключение ручное с отключением катушки от сети. Ответвления делят ток в соотношении 1:2. Допустимая продолжительность непрерывной работы на ответвлениях:
Катушки ГДР имеют обмотки с ответвлениями для девяти значений тока компенсации. Переключение ручное, с помощью встроенного переключателя, с отключением катушки от сети. Допустимая продолжительность работы на ответвлениях:
Катушки ЧССР плунжерные, предусматривают плавную перестройку катушки в пределах 1 : 10. Перестройка производится без отключения катушки от сети, с помощью маломощного электродвигателя, управлять которым можно дистанционно. Катушки требуют тщательного надзора, так как имеют меньшую надежность, чем катушки с ответвлениями. Последнее определяется наличием перемещающегося сердечника, который подвергается вибрационным нагрузкам при работе катушки.
Конструктивно дугогасящая катушка состоит из обмотки с магнитопроводом, помещаемых, подобно силовому трансформатору, в бак, заполненный маслом. Необходимая для включения катушки нулевая точка сети может быть получена путем вывода нейтрали обмотки ВН трансформатора, питающего сеть, или путем установки специального заземляющего трансформатора. Последний должен иметь схему соединения обмоток звезда с нулем — треугольник.
Как правило, заземляющие трансформаторы используются и для питания с. и. электростанции или понижающей подстанции. В ряде случаев установка компенсирующих устройств осуществляется непосредственно в сети.
На рис. 6-1 показана схема включения дугогасящей катушки ЗРОМ в нейтраль трансформатора с. н. центра питания. Для регулирования тока катушки ее главная обмотка выполняется с ответвлениями для пяти значений тока. Главная обмотка катушки имеет на крышке бака два вывода и привод переключателя ответвлений.
Рис. 6-1. Схема включения дугогасящей катушки: 1 — заземляющий трансформатор; 2 — дугогасящая катушка; 3 — сигнальная обмотка; 4 — трансформатор тока
Кроме главной обмотки, имеется сигнальная обмотка напряжения, с отпайками для изменения числа ее витков при переходе с одной ступени главной обмотки на другую. К выводам сигнальной обмотки подключается регистрирующий вольтметр, по показаниям которого можно судить о напряжении па катушке во время ее работы.
При настройке главной обмотки следует учитывать предельное время, в течение которого катушка может находиться под максимальной нагрузкой.
Наименование ступени изменяется по мере увеличения тока настройки.
Мощность катушки определяется произведением ее номинального тока на фазовое напряжение сети, так как напряжение нейтрали во время замыкания на землю, как отмечалось, равно фазовому значению. Мощность заземляющего трансформатора определяется током катушки и значением дополнительной нагрузки с. и.
Настройка катушки выбирается следующим образом. При равенстве индуктивного тока катушки емкостному току замыкания на землю ее настройка называется резонансной. В таком случае осуществляется полная компенсация емкостного тока и, следовательно, ток в месте повреждения будет равен нулю. Допускается настройка с перекомпенсацией, при которой реактивная составляющая тока замыкания на землю не превосходит 5 А и степень расстройки не превышает 5%. Указанная расстройка желательна для обеспечения быстрого выявления поврежденных участков сети при помощи стационарных приборов УСЗ-3с.
Степень расстройки характеризуется отношением реактивной составляющей тока замыкания на землю к емкостному току сети:
где Ic и Iк — соответственно емкостный ток замыкания на землю и ток катушки.
При выборе настройки следует учитывать, что смещение нейтрали при нормальном и аварийных режимах сети не должно приводить напряжение фаз относительно земли к значениям, опасным для изоляции оборудования.
В процессе эксплуатации сети 6—10 кВ изменяется нормальный режим ее работы за счет отключения линий для ремонта и испытаний, присоединения соседних участков городской сети и т. д. При этом изменяется емкость сети, что требует соответствующего изменения настройки катушки, которое должно своевременно выполняться дежурным персоналом сети.
Учитывая присоединение новых линий, изменение их параметров, выполняемые работы по реконструкции действующих сетей 6—10 кВ, установку в узлах сети новых дугогасящих катушек и т. п., — кроме текущих изменений настройки катушек, требуется периодически один раз в два-три года выполнять расчет емкостных токов, а также один раз в три-четыре года производить непосредственные измерения токов к. з., степени компенсации и напряжений смещения нейтрали сети. По результатам этих измерений вносятся уточнения настройки установленных катушек и производится расчет настройки новых катушек в сети каждого центра питания.
При аналитическом расчете емкостных токов и выборе параметров дугогасящих катушек могут быть использованы показатели кабельных сетей 6—10 кВ, приведенные в табл. 6-2.
Таблица 6-2
Основные параметры кабельных сетей 6—10 кВ
Примечание; / — удельный емкостный ток однофазного замыкания; Q — зарядная мощность; I — минимальная протяженность кабельной сети, допустимая без компенсации.
Непосредственное измерение емкостного тока производилось до последнего времени путем создания в сети искусственного металлического замыкания одной фазы на землю. Поскольку такой метод является весьма трудоемким и имеет ряд серьезных недостатков, был разработан специальный прибор — компенсометр, с помощью которого возможно измерение емкостных токов без создания искусственного замыкания.
Компенсометр работает с использованием принципа измерения фазовых углов между напряжением на дугогасящей катушке (напряжение сигнала) и заданным опорным напряжением. Схема включения прибора на момент измерения емкостного тока рассматриваемой сети указана на рис. 6-2. Подача напряжения сигнала производится с помощью трансформатора напряжения типа НОМ, присоединяемого к выводу основной обмотки дугогасящей катушки, подача опорного напряжения (100 В) с помощью специального подпитывающего трансформатора, включаемого в заземляемый вывод дугогасящей катушки. Компенсометр и указанные трансформаторы устанавливаются на измерительной машине и присоединяются к дугогасящему устройству на момент измерения с помощью двух изолированных проводов.
Компенсометр имеет стрелочный индикатор, который показывает расстройку компенсации от —0,45 до +0,45. При этом значение емкостного тока замыкания на землю определяется по формуле
где Iс — емкостный ток, А; 1к — ток уставки дугогасящей катушки, А; а — расстройка компенсации по стрелочному индикатору, с учетом ее знака. Для упрощения расчетов Iс составлены специальные номограммы.
Для поддержания настройки компенсации в необходимых пределах может применяться частичная или полная автоматизация компенсации емкостных токов.
Частичная автоматизация заключается в автоматическом измерении расстройки компенсации. При этом подстройка компенсации к резонансу производится обслуживающим персоналом. При полной автоматизации измерение расстройки и перестройка индуктивности катушки производятся автоматически, в зависимости от изменения емкостных характеристик сети. Автоматическая настройка может применяться только при использовании плунжерных катушек или катушек с подмагничиванием. Катушки дополняются специальными измерительными и регулирующими устройствами.
Кроме настройки, работа дугогасящей катушки ограничивается дополнительными требованиями. В частности, при наличии в сети замыкания на землю отключения катушки не допускается. В городских кабельных сетях 6—10 кВ, соединенных с генераторами и синхронными компенсаторами, время определения поврежденного на землю участка сети не должно превышать двух часов. Для контроля за работой дугогасящей катушки, как следует из рис. 6-1, устанавливают трансформатор тока 4, во вторичную обмотку которого включают регистрирующий амперметр и токовое реле. К контактам последнего присоединяется промежуточное реле. Это реле замыкает свои контакты и подает дежурному персоналу звуковой и световой сигналы о работе катушки.
Присоединение заземляющего трансформатора к сети 6— 10 кВ или шинам указанного напряжения источников питания во всех случаях должно производиться с помощью масляного выключателя. Применение для этой цели предохранителей ПК неприемлемо, так как при повреждении трансформатора предохранители будут перегорать на одной или двух фазах, что приведет к появлению в сети неполнофазного режима и произвольному смещению нейтрали, с развитием в сети весьма опасных для ее изоляции внутренних перенапряжений, которые могут вызвать многоместные повреждения изоляции сети. Применение выключателей нагрузки ВНП-17, которые автоматически отключаются при перегорании любого из предохранителей ПК, не предотвращает возникновения упомянутых перенапряжений, так как они развиваются за время не более 0,05 с.
