Причины смещения нейтрали в сети с некомпенсированной нейтралью: Нормальный режим работы компенсированной сети, преимущества

Нормальный режим работы компенсированной сети, преимущества

Страница 9 из 34

Нормальный режим работы компенсированной сети

Режиму точной компенсации емкостного тока свойственна опасность появления значительного напряжения нулевой последовательности при нормальной работе сети. Эта опасность связана с возможностью возникновения в сети, при некоторой несимметрии ее элементов, продольного резонанса между индуктивностью ДГР и емкостью сети.

Каковы же причины появления этого резонанса?

Выше мы приближенно принимали ЭДС генераторов симметричными и емкости фаз сети одинаковыми. Соответственно получалось, что напряжение нейтрали при нормальной работе системы равно нулю. В действительности в эксплуатации имеют место отклонения от этих условий симметрии, в особенности, например, в воздушных сетях при недостаточной транспозиции фаз на линиях.

Как известно из ТОЭ, при изолированной нейтрали, отсутствии потерь и активных утечек смещение нейтрали основной частоты

(IV. 24)

(Знак минус перед правой частью этого уравнения определяется выбранными условными направлениями напряжений (см. параграф 2 гл. I).)
Из этого уравнения следует, что смещение нейтрали при нормальной работе зависит от несимметрии напряжений питающего источника и емкостей сети.

При включении ДГР, настроенного на точную компенсацию емкостей,

(IV.25)

Индуктивность реактора и емкости фаз образуют, как показано выше, колебательный контур, настроенный в резонанс при рабочей частоте системы.
Напряжение Uо, включенное в этот контур последовательно, создает резонанс напряжений, причем на реакторе и всех фазах сети возникают теоретически бесконечно большие напряжения относительно земли (в действительности активные сопротивления и проводимости ограничивают эти напряжения, но все же они могут во много раз превышать указанное выше напряжение U0).

Это явление будет предотвращено, если индуктивность ДГР будет отличаться от получающейся по формуле (IV. 25). При такой неточной настройке ДГР и d =0 напряжение нейтрали сети согласно теореме об эквивалентном генераторе будет

(IV.26)

Найдем отношение смещения нейтрали при включенном ДГР к напряжению нейтрали при отсутствии ДГР (т. е. к естественному напряжению несимметрии сети):

(IV.27)

Из этого выражения видно, что даже небольшое отклонение индуктивности ДГР от точно настроенной индуктивности Lн. точн приводит к понижению напряжения нейтрали. Другим способом ограничения напряжения на нейтрали компенсированной сети при точной настройке индуктивности ДГР (v= 0) является искусственное ухудшение добротности контура нулевой последовательности (см. гл. XI).

Преимущества и недостатки компенсации емкостного тока замыкания на землю

Из изложенного выше вытекает, что благодаря компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети достигаются следующие преимущества. Практически устраняется опасность перемежающихся дуговых замыканий на землю (возможны лишь неустойчивые прерывистые замыкания на землю). В связи с этим предотвращается повышение напряжения на поврежденной фазе выше нормального фазного. Перенапряжения на неповрежденных фазах, обусловленные высокочастотными колебаниями, имеют существенно меньшие значения, чем в сети с изолированной нейтралью. Благодаря снижению перенапряжений резко уменьшается вероятность перехода однофазных замыканий в разноместные замыкания на землю двух фаз. В этом отношении достигаются такие же преимущества, как при заземлении нейтрали через высокоомное активное сопротивление (см. гл. III).

Однако в отличие от такого заземления при точной настройке компенсации, небольших высших гармониках и незначительном активном токе утечек почти полностью устраняется ток в месте повреждения. Поэтому многие дуговые замыкания на землю полностью ликвидируются непосредственно после их возникновения.

При однофазном замыкании на землю продолжается бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Такой режим не является аварийным, а расценивается как ненормальный и, согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ), может продолжаться несколько часов.

Помимо того что при компенсации уменьшается ток в месте повреждения, при ней замедляется восстановление напряжения на поврежденной фазе после отключения замыкания на землю или после погасания дуги. Это также способствует самоликвидации замыканий на землю. Повторные зажигания заземляющей дуги возможны только в тех случаях, когда для этого достаточно напряжение, не превышающее Еф.
Опыт эксплуатации показывает, что при незначительной расстройке компенсации указанные выше преимущества в основном не теряются. Даже при сравнительно большой расстройке применение ДГР оказывается весьма эффективным. Отклонения от точной настройки (≈ ± 0,2) практически незначительно ухудшают условия гашения дуги, причем повторные зажигания в большинстве случаев уже не имеют места, а перенапряжения достигают меньших значений, чем при изолированной нейтрали.

Предельным остаточным током, при котором предотвращается повторное зажигание дуги на воздушных линиях, можно считать 30—40 А при ≤ 20 %. По статистическим данным [107], до 80% однофазных замыканий на землю в воздушных сетях при таких токах расстройки автоматически ликвидируются без отключения. Еще более эффективно применение компенсации при меньших абсолютных значениях расстройки о.
Следует отметить, что в некомпенсированных сетях с изолированной нейтралью емкостные токи замыкания на землю указанных значений обычно приводят к устойчивому горению дуги (последнее объясняется быстрым восстановлением напряжения на поврежденной фазе в некомпенсированных сетях с изолированной нейтралью). Дуговые замыкания в кабельных сетях случаются реже, чем в воздушных. Замыкания здесь чаще имеют устойчивый характер. Однако применение компенсации в разветвленных колебательных сетях не менее эффективно, чем в воздушных, благодаря снижению токов замыкания на землю. Предельное действующее значение тока замыкания на землю в кабелях, при котором однофазное повреждение обычно еще не переходит в междуфазное к. з., составляет 20—25 А независимо от наличия в сети компенсации емкостного тока замыкания на землю.

В компенсированных сетях (так же как в сетях, заземленных через активное сопротивление) практически устраняется возможность феррорезонансных процессов (см. гл. VI, VII),
Наряду с перечисленными большими преимуществами компенсированным сетям свойственны и определенные недостатки. В них возможно возникновение продольного резонанса и связанного с ним повышения напряжений сети при нормальном режиме. При неточной настройке индуктивности ДГР может возникнуть биение напряжений после погасания заземляющей дуги. В момент замыкания на землю через тело человека, прикоснувшегося к токоведущей части, возникает дополнительный свободный, сравнительно медленно затухающий ток дугогасящего реактора, что ухудшает условия электробезопасности.

Несмотря на отмеченные недостатки, ввиду значительных преимуществ компенсации она широко применяется в сетях различных напряжений (в нашей стране до 35 кВ включительно). Можно считать, что эффективность компенсации тем выше, чем больше емкостный ток замыкания на землю в сети.
Помимо рассмотренной компенсации емкостного тока замыкания на землю основной частоты, существуют разработки устройств для компенсации активной составляющей этого тока, а также его высших гармонических составляющих (см. гл. X) [26, 55]. Такие устройства могут способствовать дальнейшему повышению надежности эксплуатации электрических сетей. Однако целесообразность их применения в конкретных случаях должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.

• Назад
• Вперёд

Феррорезонансные процессы в сети, возникающие при ее исправном состоянии

Подробности

Категория: Подстанции

• подстанции
• нейтраль
• сети
• среднее напряжение
• режимы работы

Содержание материала

• 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

Страница 13 из 34

ГЛАВА VII
ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЕТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЕЕ ИСПРАВНОМ СОСТОЯНИИ

Недогруженный ФННП в сети с изолированной нейтралью при отсутствии потерь в сети и ТН
В настоящей главе рассматриваются феррорезонансные процессы, иногда возникающие при нормальном исправном состоянии сети с изолированной нейтралью. Далее будет видно, что в отличие от процессов при замыкании на землю, феррорезонансные процессы, имеющие место при нормальном состоянии сети, являются весьма опасными не только для ФННП, по обмоткам которых проходят большие токи, но и для других элементов оборудования. Последнее связано с тем, что во всей сети значительно повышаются напряжения фаз относительно земли. В таких случаях ФННП оказывают обратное неблагоприятное воздействие на всю сеть.

При вольт-амперной характеристике ФННП, полученной в действующих значениях, например при синусоидальном напряжении, отношение напряжения к току в заданной точке кривой представляет собой действующее сопротивление намагничивания. Следовательно, это сопротивление равно тангенсу угла наклона прямой, проведенной через начало координат и рассматриваемую точку кривой.
Если пренебречь потерями на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, то сопротивление намагничивания оказывается чисто индуктивным, пропорциональным действующей индуктивности намагничивания Lнам. Если, кроме того, приближенно принять, что каждая вольт-амперная характеристика является зависимостью между основными гармониками подведенных к ТН напряжения и тока, то комплексное сопротивление намагничивания будет равно мнимой величине jXнам= jU/Iнам = jωLнам.

Практически вольт-амперные характеристики трех фаз ФННП не полностью совпадают. Пусть характеристика одной из фаз, например фазы А, проходит несколько ниже характеристик фаз В и С, которые в свою очередь не отличаются одна от другой (рис. 36). Следовательно, при включении такого фильтра на симметричные напряжения трех фаз сети начальное сопротивление намагничивания будет меньше сопротивлений ХВнам =XС нам, причем ХВ нам = ХС нам (см. рис. 36).

Рис. 36. Смещение вольт-амперной характеристики одной из фаз ФННП.

В настоящем параграфе приведено приближенное описание феррорезонансного процесса в основном в соответствии с данными работы [49]. Считаем, что ТН не нагружен, т. е. его фазовые и нулевые обмотки разомкнуты. Кроме того, пренебрегаем активными сопротивлениями первичных обмоток ТН, а также продольными и поперечными активными проводимостями и индуктивными сопротивлениями линий в сети.

Обычно начальные сопротивления намагничивания фильтра превышают по абсолютному значению соответствующие ем костные сопротивления между фазами сети и землей, которые составляют

На каждой фазе индуктивность намагничивания ФННП и емкость сети частично взаимно компенсируются. При указанных допущениях результирующие начальные сопротивления фаз

(VII. 1) (VII.2) (VII.3)
Для простоты примем, что емкостные сопротивления трех фаз сети равны между собой; хАс = хВс = хСс= хс· Следовательно, начальные результирующие сопротивления фаз В

и С хВрез= xСрез= хрез И сопротивление фазы А, причем все эти сопротивления имеют емкостный характер.

Следовательно, напряжение фазы А становится еще больше по абсолютному значению, напряжения фаз В и С также начинают увеличиваться, а сопротивления намагничивания уменьшаются. При этом происходит так называемое опрокидывание тока в фазе А, в результате чего чередование токов трех фаз в неразветвленной части схемы (см. рис. 36) изменяется на обратное.

Рассмотрим теперь другой случай несимметрии ФННП, когда вольт-амперная характеристика одной из фаз, например фазы А, проходит выше характеристик фаз В и С, причем последние две совпадают. 
В этом случае
напряжение нейтрали направлено противоположно ЭДС ЕА. В треугольнике напряжений (см. рис. 37) нулевая точка располагается выше центра тяжести 0. Следовательно, напряжение UА уменьшается, а напряжения Ub и Uq возрастают. Поэтому результирующие сопротивления ХВрез и ХСрез продолжают увеличиваться. Когда сопротивления полностью взаимно компенсируются (U0 =—ЕА), нейтраль системы совпадает с вершиной треугольника А, напряжение Uа = 0, а напряжения UB и UС возрастают в √3 раз по сравнению с нормальными. При этом имеет место ложный эффект металлического замыкания на землю фазы А.

Дальнейшее уменьшение сопротивлений фаз В и С фильтра и повышение соответствующих напряжений приводит к тому, что нулевая точка 0IV выходит вверх за пределы треугольника АВС.
Описанные процессы самопроизвольного возрастающего смещения нейтрали могут продолжаться до некоторых пределов, которые будут рассмотрены в параграфе 3 данной главы. В этих условиях токи в фазах ФННП достигают больших значений, в десятки раз превышающих номинальные, что приводит к перегоранию предохранителей ФННП или сгоранию его обмоток. Несимметрия емкостей фаз сети относительно земли, атмосферные влияния, передача смещения нейтрали через емкости между обмотками понижающих трансформаторов, повышение напряжений в сети иногда также могут быть причиной аналогичного самопроизвольного процесса.

Вследствие нелинейности индуктивностей намагничивания фильтра токи намагничивания имеют сильно искаженную форму. Поэтому иногда явления феррорезонанса наступают на половинной, двойной или тройной частоте [39,48].
Возникновение в сети напряжения на нейтрали, т. е. напряжения нулевой последовательности, приводит к протеканию токов той же последовательности, так же как при однофазном замыкании на землю.

В работах [39, 48] описаны случаи, когда в сетях напряжением 6—35 кВ при небольшой емкости фаз и наличии заземленных ТН фазовые напряжения без каких-либо видимых причин искажались и возникали токи нулевой последовательности. В некоторых случаях напряжение одной из фаз становилось равным нулю, как при металлическом замыкании на землю. Иногда эти явления истолковывались как замыкание на землю, тогда как в действительности они были следствием самопроизвольного смещения нейтрали.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Архив
• Подстанции
• org/ListItem»> Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов

Еще по теме:

• Коммунальные предприятия против «выскочек края сети»
• Решение режимных задач электрических сетей 6—35 кВ на ЭВМ
• Мероприятия по повышению пропускной способности городской сети
• Эксплуатация городской сети
• Защита сельских сетей от кз

Инверсия нейтрали и смещение нейтрали – возмущение напряжения

Инверсия нейтрали, сдвиг нейтрали или смещение напряжения нейтрали – это явление, при котором воображаемая нейтраль незаземленной системы выходит за пределы треугольника напряжения. Для идеально сбалансированной незаземленной системы воображаемая нейтральная точка будет находиться внутри треугольника напряжений и на равном расстоянии от фазных напряжений.

Нейтраль системы Delta

Чтобы понять это явление, необходимо иметь в виду, что для незаземленной трехфазной системы, даже если нейтральная точка не заземлена, система «эффективно» заземлена через емкость линии. См. рисунок ниже.

Система треугольника с емкостной связью нейтрали

Незаземленная система может быть треугольником или звездой с незаземленной нейтралью. Когда полное сопротивление линии к земле (обычно емкостное сопротивление) между фазами не одинаково, положение нейтрали внутри треугольника напряжения может измениться или, в худшем случае, выйти за пределы треугольника. Другими словами, инверсия нейтрали или смещение нейтрали может происходить в системе с неуравновешенным полным сопротивлением к нейтрали в системе со сбалансированным набором трехфазного напряжения.

Как возникает несбалансированное сопротивление?

В идеально транспонированной линии или трехфазном кабеле в форме трилистника каждый фазный проводник будет иметь одинаковую емкость по отношению к земле. Следовательно, не будет разности потенциалов между нейтралью питающего трансформатора и нейтралью незаземленной системы. Как упоминалось выше, причиной инверсии или сдвига нейтрали является несбалансированное сопротивление на разных фазах относительно земли. Эти дисбалансы могут возникать по разным причинам, таким как:

• Линии передачи, которые не переставлены, что приводит к неодинаковым импедансам (как индуктивности, так и емкости).
• Одножильные кабели, проложенные на большие расстояния в виде плоской или иной формы, не имеющей форму трилистника.
• Однофазный трансформатор напряжения (ТН), подключенный одной фазой к земле. Эти ТН можно использовать для релейной защиты или получения напряжения синхронизации.

Инверсия нейтрали или смещение нейтрали

Если любой из вышеперечисленных пунктов применим, нейтральная точка может быть смещена или, в худшем случае, инвертирована и расположена вне треугольника напряжения.

Рассмотрим трехфазную незаземленную систему треугольника с однофазным трансформатором напряжения (ТН), соединяющим линию с землей на фазе А. Кроме того, предположим, что ТН не нагружен на вторичной стороне или имеет очень низкую нагрузку на вторичной стороне.

Ненагруженный однофазный ТН в схеме треугольника

Эффективное напряжение между фазой А и землей (В _и ) можно рассчитать следующим образом: = Линейное (фаза-фаза) напряжение

xc=распределенная емкость на фазу

xm=полное сопротивление намагничивания трансформатора напряжения

В уравнении не учитывается сопротивление, которое является разумным допущением в условиях среднего или высокого напряжения, поскольку индуктивность доминирует в уравнении полного сопротивления.

Из приведенного выше уравнения видно, что при отношении x _c /x _m , равном 3, теоретически на ТН может возникнуть бесконечное напряжение. Однако на практике этого не произойдет, так как увеличение напряжения приведет к насыщению сердечника ТН и, как следствие, x _м убыль.

Когда x _м = 0,787x _c , из приведенного выше уравнения V _и = V _LL.

Когда x _м < 0,787x _c , из приведенного выше уравнения V _и >V _LL   , а нейтраль может оказаться за пределами дельта-треугольника напряжения. Это основной механизм инверсии нейтрали _.

Инверсия нейтрали или смещение нейтрали

Как смягчить инверсию нейтрали в трансформаторе напряжения (ТН)?

Современные микропроцессорные реле и другие приборы имеют чрезвычайно низкую нагрузку. Это одна из причин того, что смещение нейтрали и инверсия нейтрали наблюдались на многих установках. В случаях, когда однофазный ТН применяется в незаземленной системе, рекомендуется резистивно нагрузить ТН нагрузочным резистором. Размер резисторов должен быть рассчитан таким образом, чтобы обеспечить требуемую нагрузку для ТН. Возможно, придется связаться с производителем, чтобы получить рекомендуемую нагрузку. Необходимо соблюдать осторожность при загрузке ТН, особенно если ТН используется для измерения или проверки синхронизма, так как нагрузка ТН выше определенного % его номинала ВА приведет к фазовому сдвигу или фазовой ошибке. Обычно ТН нагружается в пределах 20-30% от номинала ВА ТН и является разумным компромиссом между обеспечением достаточной нагрузки и обеспечением хорошей фазовой точности.

Нагрузка ТН также используется для предотвращения феррорезонанса в установках с трехфазными заземленными ТН типа «звезда», установленными в незаземленной системе. Обычно ТН нагружают на 20-30% от номинальной ВА для подавления феррорезонанса в этих приложениях.

  Инверсия нейтрали в хвостовой части длинных линий электропередачи

Наличие ТН не обязательно для инверсии нейтрали. Неравные импедансы линий (индуктивности и емкости) в системе также теоретически могут привести к инверсии нейтрали. Однако для этого проводники должны быть очень длинными (> 200 миль) и не переставляться.

На длинных линиях передачи Z ₁ (импеданс прямой последовательности) и Z ₂ (импеданс обратной последовательности) увеличиваются линейно с расстоянием, тогда как Z ₀ (импеданс нулевой последовательности) уменьшается. Емкостной зарядный ток на конце линии должен протекать через последовательное реактивное сопротивление промежуточных секций, вызывая рост напряжения нулевой последовательности по направлению к концу линии. Это может привести к тому, что нейтраль окажется за пределами треугольника напряжения треугольника. Опять же, это проблема, которая может возникнуть, когда длина линии очень велика (> 200 миль).

Смещение нейтрали при замыкании линии на землю в незаземленных системах

В предыдущем разделе обсуждалось смещение нейтрали, которое может произойти на длинных линиях электропередачи. Нейтраль также может быть смещена в случае замыкания на землю в незаземленной системе.

Рассмотрим источник 480 В, соединенный треугольником, с воображаемой нейтралью, образованной паразитной емкостью в центре треугольника. В этой идеальной ситуации фазы A, B, C будут иметь напряжение 277 В относительно воображаемой нейтрали в центре треугольника. Когда происходит замыкание на землю, скажем, на фазе А, напряжение фаза-земля падает до нуля.

Смещение нейтрали при замыкании на землю

Теперь напряжение от фаз В и С до нейтрали равно полному фазному напряжению 480В вместо 277В. Это связано с тем, что нейтраль смещена от центра треугольника к одному из углов.

Другим явлением, которое может представлять серьезную проблему, является дуговое замыкание на землю в незаземленных системах. Дуговые замыкания на землю могут вызвать большие переходные перенапряжения из-за случайного и непредсказуемого положения нейтрали во время дуги. Из-за присущей паразитной емкости, взаимодействующей с током дуги, могут наблюдаться большие колебания напряжения, которые могут повредить чувствительное оборудование.

Смещение нейтрали при замыкании на землю в эффективно заземленных системах

Эффективно заземленная система в соответствии со стандартами AIEE № 32, май 1947 г. во всех точках системы или определенной ее части отношение реактивного сопротивления нулевой последовательности к реактивному сопротивлению прямой последовательности не превышает трех, а отношение сопротивления нулевой последовательности к реактивному сопротивлению прямой последовательности не превышает единицы для любых условий работы и на любую мощность генератора ’.

В зависимости от соотношения X ₀ /X ₁ напряжение между линией и землей может изменяться в пределах от 0,6 до 2,0 от нормального напряжения в линии и нейтрали во время замыкания на землю.

После того, как системное отношение X ₀ , X ₁ известно, доступны графики, которые могут показать предполагаемое повышение напряжения нейтрали. Справочник по передаче и распределению электроэнергии является отличным ресурсом для этого. Таблицы представлены в главе 14, рис. 6 этой книги.

Как визуализировать инверсию нейтрали или смещение напряжения нейтрали?

Визуализация и анализ инверсии нейтрали или смещения напряжения нейтрали не так просты, как просмотр осциллограммы. В приведенном ниже примере показан сигнал без сбоев (нормальный случай) справа и сбойный сигнал слева. Глядя на форму волны, не видно, насколько произошло нейтральное смещение.

Лучший способ визуализировать нейтральное смещение — это посмотреть на векторные диаграммы. Здесь снова возникает проблема, поскольку большинство векторных отображений на счетчиках, реле и в компьютерных программах основаны на отображении одного цикла трехфазного напряжения и его относительных фазовых углов. Это не очень помогает нам визуализировать смещение напряжения нейтрали.

Примечание. Обычно реле улавливает напряжение фазы А в качестве опорного вектора, а все остальные углы будут относиться к напряжению фазы А. Если напряжение недоступно, реле может выбрать ток фазы А для задания вектора. При работе с программным обеспечением можно выбрать опорное напряжение или канал тока.

Смещение напряжения нейтрали лучше всего визуализировать, создав векторную диаграмму для аварийных и неаварийных случаев (используя Microsoft Excel или аналогичный) и наложив две векторные диаграммы. См. ниже векторную диаграмму, созданную для приведенных выше сигналов.

Векторная диаграмма с наложенными векторами с ошибками и без ошибок

Нарисовав треугольник вокруг нормального (красного) вектора, мы можем вычислить нейтральную точку в нормальном случае. Это будет нулевая точка в центре приведенного выше графика.

Аналогичным образом начертите треугольник вокруг неисправных (зеленых) конечных точек вектора. Центральная точка этого треугольника будет нейтральной точкой, когда система неисправна. Измерив расстояние между двумя нейтралями, мы получим смещение напряжения нейтрали.

Чем нейтральная инверсия отличается от феррорезонанса?

Феррорезонанс имеет сильное сходство с инверсией нейтрали в том смысле, что оба включают взаимодействие паразитной емкости проводников, взаимодействующих с реактивным сопротивлением намагничивания трансформатора (что приводит к феррорезонансу) или реактивным сопротивлением намагничивания однофазного ТН (что приводит к инверсии нейтрали или смещению нейтрали). Оба в некотором роде похожи, хотя есть и важные различия.

Феррорезонанс может возникать как с инверсией нейтрали, так и без нее. Точно так же нейтральная инверсия может происходить с феррорезонансом или без него. Тем не менее, есть сильное сходство в основных взаимодействиях, которые создают оба явления. Некоторые решения по уменьшению инверсии нейтрали в цепях ТН также используются для смягчения проблем с феррорезонансом в цепях ТН и трансформаторов.

Методы обнаружения замыкания на землю или замыкания на землю в сетях Delta | NOJA Power

Заземление сети

Среди четырех основных методов заземления распределительных сетей среднего напряжения (глубокое/эффективное заземление, заземление через сопротивление, незаземление и компенсированная нейтраль) сети треугольника создают серьезные проблемы для обнаружения замыканий на землю на одной линии.

Сети Delta исторически выбирались из-за их устойчивости к этому первому однофазному сбою, но традиционная невозможность обнаружения этих сбоев представляла серьезную проблему для инженеров-электриков.

Сегодня улучшения в технологиях защиты и распределительных устройств в современных устройствах, таких как система повторного включения OSM с RC Control, теперь позволяют инженерам-электрикам обнаруживать эти неисправности в сетях треугольника.

«Сети Delta широко используются в Северной Америке, где обнаружение замыкания на землю всегда было проблематичным и может быть решено с помощью описанных ниже решений», — говорит управляющий директор NOJA Power Group Нил О’Салливан.

Здесь мы рассмотрим несколько методов обнаружения этих сбоев, но сначала давайте рассмотрим краткий обзор поведения сбоев в сетях Delta.

Реклоузер NOJA Power OSM на горнодобывающей подстанции © NOJA Power 2021

Поведение сети Delta при первом замыкании на землю:

Для замыкания на землю требуется текущий путь. При использовании глухозаземленной сети большая часть тока короткого замыкания протекает через заземленную нейтраль трансформатора.

В незаземленных дельта-сетях нет надежного соединения. Но это не означает, что тока утечки нет. Ток короткого замыкания является почти полностью емкостным, что является результатом емкости между линиями и землей.

Рисунок 1 показывает этот эффект в действии.

Упрощенная схема неисправности – замыкание одной фазы треугольником на землю © NOJA Power

Энергия возникновения неисправности – это смещение напряжения нейтрали. Когда происходит замыкание одной линии на землю, место замыкания становится новым эталоном заземления. Напряжение неповрежденных фаз возрастает относительно этого нового опорного заземления, вызывая «смещение напряжения нейтрали».

Степень смещения нейтрали пропорциональна импедансу короткого замыкания. Если полное сопротивление неисправности равно нулю, то напряжение поврежденной линии (в месте неисправности) падает до нуля. Это приводит к максимальному смещению других фаз, где неповрежденное фазное напряжение относительно земли равно их фазному напряжению до повреждения.

Если бы импеданс замыкания был увеличен, смещение уменьшилось бы до тех пор, пока импеданс замыкания не стал бы бесконечным, где смещение равно нулю. Это состояние «без ошибок».

Упрощенные уравнения:

Полное сопротивление нулевой последовательности:

Формула полного сопротивления нулевой последовательности

Где C — емкость сети.

Использование V=IZ для расчета тока короткого замыкания, где напряжение равно смещению нейтрали:

Расчет тока короткого замыкания

Заменим наше уравнение для импеданса нулевой последовательности:

Расчет тока повреждения

Этот ток повреждения будет виден на всех фидерах, подключенных по схеме «треугольник», но будет «прямым» только на неисправном фидере.

Способ защиты 1: Смещение напряжения нейтрали – ANSI 59N

Смещение напряжения нейтрали считается основным методом обнаружения однофазных замыканий на землю в сетях треугольника. ПНВ работает по перемещению напряжения нейтрали относительно потенциала земли.

Полное смещение происходит, когда полное замыкание имеет нулевое полное сопротивление, когда неповрежденные фазы принимают свое межфазное напряжение при измерении фаза-земля.

Например, если фазы до повреждения в сети 22 кВ без смещения следующие:

Сбалансированные трехфазные напряжения

Тогда значения полного смещения для нулевого импеданса короткого замыкания на фазе А:

Полностью смещенные напряжения (Отказ при нулевом импедансе, фаза A)

На практике отказ при нулевом импедансе маловероятен, поэтому сдвиг не будет таким большим.

Заданное значение чуть выше обычных колебаний сетевой нагрузки. Обычно этот диапазон составляет от 10% до 30% напряжения фаза-земля.

Традиционная проблема с этой защитой заключается в том, что смещение почти одинаково на всех присоединяемых частях фидера, с единственным изменением, возникающим из-за импеданса линии. В прошлом это затрудняло сортировку и локализацию неисправностей. Однако сегодня, когда реклоузеры, такие как система реклоузера OSM, предлагают эту функцию защиты, сортировка выполняется вовремя. Устройства защиты, наиболее удаленные от подстанции, имеют самое быстрое время срабатывания, и время срабатывания увеличивается в каждом устройстве ближе к подстанции.

При использовании этой схемы фидеры будут постепенно сбрасывать конец линии до тех пор, пока неисправность не будет устранена. Это сводит к минимуму количество затронутых клиентов.

Реклоузер OSM также может сообщить, какая фаза имеет самое низкое напряжение в месте повреждения, что позволяет инженерам коммунальных служб определить поврежденную фазу и сегмент.

Метод защиты 2: Чувствительная защита от замыканий на землю In Sin Phi

Как мы видели при расчетах замыканий на землю, ток замыкания на землю не равен нулю в сети треугольника, несмотря на отсутствие заземления трансформатора. Однако мы видим, что ток короткого замыкания в основном емкостной. Это означает, что величина тока короткого замыкания пропорциональна емкости сети. Чем больше сеть, тем больше емкость. Подземные кабели также имеют большую емкость, чем воздушные сети.

До появления таких устройств, как реклоузер OSM с функцией SEF высокого разрешения, обнаружение замыканий на землю на воздушных линиях было сложной задачей. Однако сегодня реклоузер OSM может быть настроен на обнаружение первичного тока 200 мА, обеспечивая чувствительность даже в небольших воздушных сетях с более низкими управляющими напряжениями замыкания на смещение нейтрали.

Реклоузер NOJA Power OSM, установленный в штате Виктория, Австралия, с включенной защитой SEF высокого разрешения © NOJA Power 2021

Однако воздействие только на величину этой неисправности недостаточно для гарантированного обнаружения.