Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями. Компенсированная нейтральПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СЕТИ С КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮНа сегодняшний момент в России и странах СНГ имеется множество вариантов режимов работы нейтрали. Каждый из них имеет свои преимущества и свои недостатки. В данной статье будет рассмотрен режим работы компенсированной нейтрали, применяемой в распределительных сетях с высоким значением емкостного тока среднего напряжения. [1] В настоящее время в электроэнергетике используются несколько режимов работы нейтрали. А именно, глухозаземленная, изолированная от земли и эффективно заземленная, компенсированная нейтраль (резонансно – заземленная). Нейтрали (нейтральные точки) электроустановок – это общие точки фаз обмоток генератора и трансформатора. Каждый режим работы нейтрали используется на определенное напряжение, снижает вероятность возникновения аварийного режима. Каждый режим по-своему эффективен, основываясь на технико-экономическом соответствии бесперебойности электроснабжения потребителей. В данной статье рассмотрим сеть с компенсированной нейтралью. Сеть с компенсированной нейтралью – это такая сеть, нейтраль которой соединена через реактор или компенсирующий емкостный ток с заземляющим устройством.
Рисунок 1. Схема сети с компенсированной нейтралью
Компенсированная нейтраль способствует компенсации емкостного тока сети, что хорошо повышает надежность системы, т.е способность ограничивать токи, через место повреждения на линии электропередач с помощью дугогасящих аппаратов после гашения дуги. Эта сеть применяются на напряжение 6 – 35 кВ. [2] Такие сети относятся к сетям с малыми токами замыкания на землю. Для компенсации емкостных токов в нейтраль сети устанавливают дугогосящую катушку. Это обеспечивает минимальный ток в месте замыкания. Добиться полной компенсации практическим путем сложно, в месте повреждения имеет место остаточный ток (обуславливается наличием активного сопротивления катушки). Сеть с компенсированной нейтралью схожа с сетью с изолированной нейтралью тем, что когда происходит замыкания на землю фазы С, напряжение оставшихся фаз А и В увеличивается в – недокомпенсация, когда присутствует емкостный характер замыкания тока на землю. – резонанс (идеальный режим сети) – значение тока замыкания на землю равно активной составляющей; – перекомпенсация – у тока замыкания на землю преобладает индуктивный характер. Но, как и везде, в каждом из этих режимов есть свои преимущества и свои недостатки. Рассмотрим преимущества схемы с компенсированной нейтралью [5]: – данная схема позволяет уменьшить ток повреждения, даже при большом значении емкости между землей и фазой. – В том месте, где произошло повреждение напряжение прикосновения ограничиваются. – При наличии устойчивого повреждения поддерживается рабочее состояния оборудования. – При определении прохождения тока через катушку срабатывает сигнал о первом повреждении. А теперь недостатки схемы с компенсированной нейтралью [3]: – Затраты на катушку могут оказаться высокими в связи с тем, что необходимо изменить значение реактивного сопротивления для то, чтобы адаптировать его к условиям процесса компенсации. – В момент повреждения необходимо убедиться, что циркулирующий ток нулевой последовательности не опасен для оборудования и человека. – Есть большой риск возникновения переходного перенапряжения в сети. – Необходимо присутствие персонала, который осуществляет контроль работы оборудования. – Необходимо применение сложной селективной защиты при первом повреждении. – Сложность эксплуатации системы (необходимо вести постоянное наблюдение за системой) – Трудность в определении аварии (места повреждения) – Возможность повышения напряжения на здоровых фазах, вплоть до линейного, что очень нежелательно – При длительном дуговом замыкании на землю возникает возможность множества различных повреждений Сеть с компенсированной нейтралью очень выгодна в эксплуатации, поскольку представляет хорошую безопасность и высокую надежность. [1] Этот режим работы нейтрали применяется в России в основном в кабельных сетях с разветвленной системой промышленных предприятий, со значительными емкостными токами. В этом тоже есть минусы, изоляция кабеля не является самовосстанавливающей, поэтому повреждения не устраняются. Кабельные сети не способны заглушить однофазное замыкание на землю. На практике не всегда возможно обеспечить режим резонансной настройки дугогосящего аппарата. [5] Если нет системы плавного регулирования компенсации – не обеспечивается оперативно резонанс емкостных токов линии и индукционного тока реактора. При изменении нормальной работы компенсации может возникнуть увеличение тока в месте повреждения, приводит к появлению значительных перенапряжений, но их меньше, чем в сетях с изолированной нейтралью. Наиболее вероятны возникновения перенапряжений если емкостные проводимости линии несимметричны, либо, когда появляются фазные режимы (неодновременное включение заземляющих трансформаторов в цепь). Сети с компенсированной нейтралью следует применять в эксплуатацию тогда, когда есть превышения нормы по емкостным токам.
Список литературы:
sibac.info 1)Заземленная нейтральТок однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции. На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать большой ток , что очень опасно. Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно. 2)Изолированная нейтраль. При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой - возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях. Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью (рис. 13.3) может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции. Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека: , что безопасно.
Рис. 13.3. Прикосновение человека к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновении к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления. 3) Компенсированная нейтральНейтральная точка соединяется с землей (рис. 13.4) через индуктивное сопротивление XL, примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию «электрической пробки», при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной. Рис 13.4. Компенсированная нейтраль Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается. studfiles.net Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралямиВ сетях 3—35 кВ в для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы. В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током 1с также индуктивный ток реактора Il (рис. 1.18). Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если Ic = Il (резонанс), то через место замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.
Рисунок 1.18 – Трёхфазная сеть с резонансно-заземлённой нейтралью Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения: где п — коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять п = 1,25 ; Ic — полный ток замыкания на землю. А; Uф— фазное напряжение сети,кВ. По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом необходимо учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным для обеспечения возможно более полной компенсации емкостного тока при вероятных изменениях схемы сети (например, при отключении линий и т. п.). При IC С учётом перегрузки трансформатора , допустимой на время работы сети с заземлённой фазой и определяемой коэффициентом перегрузочной способности kпер , допустимая мощность реактора, подключаемого к данному трансформатору, равна: При подключении реактора к специальному ненагруженному трансформатору необходимо выдержать условие:
(если перегрузка трансформатора допустима). В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой до тех пор, пока не представится возможность произвести необходимые переключения для отделения поврежденного участка. При этом следует учитывать также допустимое время продолжительной работы реактора 6 ч. Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в
Похожие статьи:poznayka.org ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛИ В СРАВНЕНИИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ | Опубликовать статью РИНЦГрабовецкая К.А.1, Троценко В.М.2, Темников Е.А.3, Лесков И.А.4 1,2,3,4Студент, Омский Государственный Технический Университет ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛИ В СРАВНЕНИИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ Аннотация Как показывает практика, в настоящее время перенапряжение в сети на предприятиях с регулярной пиковой нагрузкой, довольно частое явление. А также обрывы фаз на землю или замыкания одной жилы кабеля из-за обледенения проводов. Как следствие, возникают однофазные замыкания на землю в линиях электропередач. Одно из решений данной проблемы, применения компенсированной нейтрали в данных сетях, т. е. установка дугогасительного реактора. В статье рассмотрено целесообразность применения компенсированной нейтрали в сравнении с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю в линиях электропередач. Ключевые слова: компенсированная нейтраль, изолированная нейтраль, реактор, перенапряжение. Grabovetskaya K.A.1, Trotsenko V.M.2, Temnikov E.A.3, Leskov I.A.4 1,2,3,4Student, Omsk State Technical University FEASIBILITY OF THE COMPENSATED NEUTRAL APPLICATION IN COMPARISON WITH ISOLATED NEUTRAL IN ELECTRIC TRANSMISSION LINES Abstract Experience has proven that at present overvoltage in the network at enterprises with a regular peak load is quite frequent as well as phase breaks on the ground or the circuit of one cable core due to icing wires. As a consequence, single-phase ground circuits occur in power lines. One of the solutions to this problem is the use of compensated neutral in these networks, i.e. the installation of an arc-suppression reactor. The article considers the expediency of using a compensated neutral in comparison with an isolated neutral with a single-phase circuit to the ground in power lines. Keywords: compensated neutral, isolated neutral, reactor, overvoltage. Электрические сети 6-35кВ работают с изолированной нейтралью, они достаточно широко распространены. Как показывает практика, металлические или дуговые однофазные замыкания на землю – самые распространенные повреждения в этих сетях. Данные замыкания сопровождаются перенапряжениями, феррорезонансными процессами, переходом ОЗЗ в междуфазные короткие замыкания, что приводит к повреждению трансформаторов напряжения и неселективным отключениям потребителей релейной защитой. С целью снижения уровня перенапряжений и иных негативных последствий, повышению качества и надежности защит от замыканий на землю, разработан и внедряется в практику эксплуатации метод заземления нейтрали с использованием токоограничивающего резистора, устанавливаемого в нейтрали специального трансформатора. Цель работы: математический расчет целесообразности использования компенсированной нейтрали в сравнении с изолированной при однофазном замыкании на землю. Задачи исследования
Рис. 1 – Однолинейная электрическая схема сети Таблица 1 – Параметры линий электропередач
Таблица 2 – Параметры силового трансформатора
Таблица 3 – Рассчитанные параметры силового трансформатора
Определение параметров отходящих линий Задана трехфазная линия с длинными проводами, расположенными параллельно проводящей плоскости (над землей). Радиусы проводов R1, R2, R3, высоты подвесок h2, h3, h4, межосевое расстояние r12, r23, r31 при этом r>>R, h>>R. (рис. 1.2) [1, С. 125]. Для трехфазных воздушных линий (ВЛ) применяются различные варианты расположения проводов в пространстве. На рис. 1.2. приведен наиболее распространенный вариант расположения проводов. Провода размещают по вершинам равностороннего треугольника (метод зеркальных изображений) [2, С. 125].
Рис. 2 – Система проводов над поверхностью земли
Определение емкости Для расчета выберем наиболее часто используемые в ВЛ классом напряжение 6-10 кВ опоры марки СМ110-6 [3, С. 15], [4, С. 24]. Расположение проводов в таких линиях выполнено в треугольнике межосевым расстоянием между проводами r13= 2,2 м. Высота опоры от земли до крайнего провода, расположенного в вершине треугольника, составляет h3 = 12 м. Высота подвеса двух других проводов составляет h2 = h4 = 9,8 м относительно земли. Определим межосевое расстояние между проводами
Определим радиус провода воздушной линии (ВЛ2)
При расположении проводов согласно схеме, рисунок 1.2 имеем
Следовательно,
Остальные ВЛ рассчитаны по аналогии, результаты сведены в таблицу 1.4.
Таблица 4 – Расчет емкости воздушных линий электропередач
Емкость кабельной линии Жилы кабеля находятся в непосредственной близости, как между собой, так и заземленным металлическим оболочкам. Как следствие, рабочая ёмкость кабельных линий значительно превышает аналогичный показатель ВЛ. Диэлектрическая проницаемость кабельной изоляции также превосходит диэлектрическую проницаемость воздуха. На практике, определение рабочей емкости достаточно проблематично, так как кабели не имеют геометрических размеров, к тому же их конструкции многообразны. С учетом данных факторов чаще всего прибегают к проведению заводских или эксплуатационных измерений.
Рис. 3 – Поперечный разрез кабельной линии
Для кабеля сечением 120 мм2 параметры с = 10 мм, а = 20 мм [5, С. 56], Для кабеля сечением 70 мм2 параметры с = 6 мм, а = 12 мм, Для кабеля сечением 240 мм2 параметры с = 20 мм, а = 40 мм. Произведенный расчет емкости кабельных линии сведен в таблицу 1.5.
Таблица 5 – Расчет емкости кабельных линий электропередачи
Суммарная емкость всех отходящих линий составит:
Таблица 6 – Рассчитанные параметры сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю
Рис. 4 – Векторная диаграмма ёмкостных токов при однофазном замыкании на землю
Рис. 5 – схемы замещения трехфазной линии электропередачи с изолированной нейтралью: a – при однофазном замыкании на землю; б – в нормальном режиме работы
Исходя из схемы замещения (рис. 1.5 а) составляются уравнения согласно первому и второму закону Кирхгофа, которые приводятся к нормальной форме Коши [6, С. 120].
(1) Далее, чтобы определить начальные условия для системы уравнений, приведенной выше, решается схема замещения ЛЭП в нормальном режиме (рис. 1.5 б), используя метод узловых потенциалов [7, С. 131]. Соответственно система уравнений
Решим полученную систему уравнений (2)
Токи и напряжения на емкостях
Мгновенные значения токов и напряжений в установившемся режиме сведены в таблицу 1.7, эти значения являются начальными условиями для решения системы (1). Решая систему (1) найдем перенапряжение на емкостях в неустановившемся режиме,
Таблица 7 – Мгновенные значения токов и напряжений
Решая систему уравнений (1), используя метод Рунге-Кутты получаем следующий график перенапряжения на емкости фазы В в начальный момент времени (t=0).
Рис. 6 – Перенапряжение, возникающее при замыкании фазы В на землю
В соответствии с таблицей 1.7, получены графики перенапряжения на емкостях.
Рис. 7 – Графики перенапряжения на емкостях
Выбор дугогасительного реактора При определении мощности реакторов по значению ёмкостного тока сети важно оценивать возможность расширения сети на ближайшее десятилетие. В случае, если информация о перспективе формирования сети отсутствует, для исчисления мощности реакторов используется значение ёмкостного тока сети, с ростом на 25% [8, С. 119]. Расчётная мощность реакторов Qр (кВар)
Исходя из полученных выше значений выбираем плунжерный ДГР марки ZTC-800 со следующими характеристиками [9, С. 200].
Таблица 8 – Характеристики реактора ZTC-800
Вывод: в данной статье исследовали сеть с изолированной нейтралью на перенапряжение при однофазном замыкании на землю, тем самым доказали, что компенсированная нейтраль более целесообразна к применению. Произвели выбор реактора по РД 34.20.179 [10, С. 15]. Список литературы / References
Список литературы на английском языке / References in English
research-journal.org Трехфазные сети с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтральюКоличество просмотров публикации Трехфазные сети с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью - 202 Лекция №2. Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями Содержание лекции:особенности режима работы сетей с компенсированной и глухозаземленной нейтралью. Цель лекции:изучение особенностей режима работы электроустановок с компенсированной и глухозаземленной нейтралью. В сетях 3-35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы. В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током IС индуктивный ток реактора IL, как это показано на рисунке 2.1. Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 1800, то замыкания на землю они компенсируют друг друга. В случае если IC=IL (резонанс), то через замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия. Рисунок 2.1 - Трехфазная сеть с компенсированной нейтралью В действительности ток в дуге никогда не будет равен нулю. В месте замыкания будет протекать остаточный ток IОСТ, обусловленный активными потерями в катушке, утечками на землю и высшими гармониками. К этому току будет добавляться еще ток расстройки катушки, обусловленный тем, что во время эксплуатации емкость сети не остается постоянной и исходя из того, увеличивается или уменьшается длина сети по сравнению с расчетной длиной, сеть может оказаться недокомпенсированной или перекомпенсированной. В случае если ток в месте замыкания на землю превзойдет определенную величину, то гашение дуги может оказаться затруднительным и компенсирующее устройство не выполнит своей задачи. По этой причине все компенсирующие устройства должны обеспечивать регулирование индуктивного сопротивления в определенных пределах. Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения
где n – коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять n= 1,25; IC – полный ток замыкания на землю, А; UФ – фазное напряжение сети, кВ. По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом крайне важно учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным. Наиболее распространены реакторы типа РЗДСОМ, мощностью до 1520 кВА на напряжение до 35 кВ с диапазоном регулирования 1:2, конструкция которых приведена на рисунке 2.2 а. Реакторы имеют масляное охлаждение. Более точно, плавно и автоматически можно производить настройку компенсации в реакторах РЗДПОМ, индуктивность которых изменяется с изменением немагнитного зазора в сердечнике, как это показано на рисунке 2.2. б, или путем подмагничивания стали магнитопровода от источника постоянного тока. а) тип РЗДСОМ; б) тип РДЗПОМ Рисунок 2.2 - Устройство дугогасящих реакторов Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее, чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают обычно вблизи генераторов. В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой, но не более 6 часов. Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в раза, ᴛ.ᴇ. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам, эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями. Наиболее простым, на первый взгляд, представляется не точная настройка гасительного устройства в резонанс с емкостью сети, а наоборот, некоторая преднамеренная расстройка. Недостаток настройки с недокомпенсацией состоит в том, что при замыканиях на землю получаются значительные смещения нейтрали, при которых в сети могут возникнуть перенапряжения, представляющие не меньшую опасность, чем те, которые являются следствием перемежающейся дуги. Положительной стороной настройки с перекомпенсацией считают то, что при замыканиях на землю смещение нейтрали не будет превышать фазного напряжения. Этот способ настройки гасительной катушки рекомендуется сейчас в качестве основного. Более подробные исследования показывают, что оба вида расстройки с точки зрения наибольших смещений нейтрали оказываются почти равноценными, так как при недокомпенсации смещение нейтрали вследствие насыщения стали также будет ограничено пределом фазного напряжения. referatwork.ru | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
(1.6)
50 А устанавливают два дугогасящих реактора с суммарной мощностью по (1.6).
,
раз, т. е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями.
(2)
.
