CC BY
10УДК 620.9
Плесовских Д.В.
магистрант 2-го курса, Самарский государственный технический университет (г. Самара, Россия)
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 КВ
Аннотация: приведена аналитическая оценка величин переходного процесса при замыканиях на землю в сетях 6-10 кВ, влияющих на динамическую устойчивость защит от такого рода повреждений. Исследования проводились на основе аналитического решения уравнений переходного процесса с последующей проверкой полученных результатов математическим моделированием на ЭВМ в программе Ма^аЪ.
Ключевые слова: релейная защита, однофазное замыкание, защита от замыканий на землю, электромагнитный переходной процесс.
В России по кабельным эклектическим сетям среднего напряжения распределяется до 50% вырабатываемой энергии [1]. Кабельные сети имеют, как правило, изолированную нейтраль или нейтраль заземленную через дугогасящий реактор (ДГР) [2]. Основным видом повреждений в таких сетях являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ), доля которых составляет до 80-90% от всех повреждений [3, с. 40 - 43]. Поэтому надежность электроснабжения потребителей зависит во многом от надежности (селективность, динамическая устойчивость) защит от ОЗЗ. Основные информационные величины, используемые защитами от ОЗЗ, являются ток нулевой последовательности 31о и напряжение нулевой последовательности 3Цо. Аналитическая оценка параметров этих величин в момент переходного
процесса при ОЗЗ поможет в решении поставленной задачи повышения эффективности защиты от замыканий на землю в сетях среднего напряжения.
Для аналитического решения уравнений переходного процесса воспользуемся двухчастотной схемой замещения кабельной сети 6-10кВ, которая учитывает основные факторы, влияющие на параметры свободных составляющих 1о и ио в переходном токе и напряжении при ОЗЗ (рисунок 1).
Рис. 1 Схема замещения кабельной сети 6-10кВ, предложенная в [4].
Для схемы замещения сети (рис. 1), работающей с изолированной нейтралью, получим для ио(1:) следующие уравнения [5]:
иоО) = икО) = ипр + ир + из ~ ишВт(ю!+^) - -ИтЯ!е8рр
0)2С082ф + Шр,8т2ф
•Ф 1 из , _
Ыр
в1п(юрХ+фр) - еов^р 1:] -
-и-т.а2е ["-7—3-- 81П(Юз1+^з) - -ТТ^ СОБ^], (1)
а>з
ш2 соб2 ф+шр,зт2 ф
итр = Ита^-, (2)
Шр
_ ^ ы2соз2ф+шЗ;зт2ф Итз = Ита2-, (3)
а>з
где Мпр - принужденная составляющая переходного напряжения и0(?), ир - разрядная составляющая напряжения ио(?), из - зарядная составляющая напряжения и0(?), Пт - амплитуда составляющей напряжения промышленной частоты на поврежденной фазе, ик (0) - напряжение смещения нейтрали сети в момент пробоя изоляции, юр - частота разрядных колебаний, юз - частота
зарядных колебаний, 5Р - постоянная затухания разрядных колебаний, 5з -постоянная затухания зарядных колебаний, Шфр= -—:—, ^фз=
а 1 2 , ,2, а2 2 , ,2'
Частоты юр , юз и постоянные затухания 5р, 5з разрядных и зарядных колебаний определяются из следующих уравнений:
Юр
Юз =
- .2 - Лк^Т^^ с- 4К.2, (4)
^ - ,(5)
22
Я = Шр-Ш2 Х/-Ч
°Р а2(2ш2-ш2-ксш2) , (6)
а2(2ш2-ш2-ксш2) , (7) где а1 = ^/Ьь .2 = 1/^Сь .2 = 1/Ь2С2, кс = 1+С1/С2, Ь = 3Ьл + Ьз, С1 =
Сое+Сол , Я1 = ЭЯл+Яз+3Яп, Ь2 = 2Ьс, С2 = 0,5[СоЕ+Сол+3(СтЕ+Стл)].
При этом переходной ток в месте ОЗЗ пропорционален производной напряжения и0(1:):
31о = -ЗСг^0 = 1 р+1 з+1 пр = 3С 0ЕИт^^+ф) +
+1 а \ I т
+ 1тре-йРс соБ(Юр :+0р) + Ттзе-йзС соб(Юз :+0з) , (8)
|ш2cos2ф+ш2sin2ф
1тр = -3С 0ЕИтЮра1 I--, (9)
1тз = -3С0ЕИтЮз, (10)
где 0з,р = фз,р + аг^— .
ыз,р
Расчеты, полученные аналитическим методом по формулам (9-10) показали, что мгновенные значения амплитуд разрядной и зарядной составляющей переходного тока изменяются в широких пределах в зависимости от суммарного емкостного тока сети IСЕ и от расстояния до места ОЗЗ. Разрядная составляющая 1тр в основном зависит от индуктивного
сопротивления участка сети от шин подстанции до места ОЗЗ (расстояние до места ОЗЗ) и от суммарного емкостного тока сети I се, а зарядная составляющая 1тз определяется в основном суммарным емкостным током сети Iсе и индуктивным сопротивлением источника питания (рисунок 2).
Кабельная сеть напряжением 6 кВ при 1з = 1 км. Кабельная сеть напряжением 6кВ при суммарном емкостном токе = ЗОА.
Рис. 2 Зависимости разрядной, зарядной составляющей и полного переходного тока: 1тр - амплитуда разрядной составляющей переходного тока, 1тз - амплитуда зарядной составляющей переходного тока, 1т - амплитуда полного тока переходного процесса.
Расчеты по выражениям (2, 3) показали незначительное влияние суммарного емкостного тока сети Iсе на соотношение мгновенных значений свободных составляющих переходного напряжения. Большое влияние на разрядную Цтр и зарядную Итз составляющую переходного напряжения оказывает расстояние до места ОЗЗ. Чем дальше расстояние до места замыкания, тем меньше частота разрядной составляющей и соотношение разрядной и зарядной составляющей становится больше (рисунок 3).
о 20 40 ВО 30 100 О 2 4 6 8 10 12
а) 6)
Рис. 3 Зависимости амплитуд зарядной итз и разрядной итр составляющих переходного напряжения.
Электромагнитные переходные процессы, возникающие при ОЗЗ, имеют большое влияние на динамическую устойчивость и селективность защит. Полученные закономерности изменения значений тока и напряжения нулевой последовательности при переходном процессе во время ОЗЗ от различных факторов и параметров электрической сети показывают нам степень этого влияния.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2012. - 376 с;
2. ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7 [Утверждены приказом Минэнерго Российской Федерации от 08.07.2002 № 204]. - М.: Омега-Л, 2012. - 272 с;
3. Беляков Н.Н. Анализ повреждений от замыканий на землю в кабельных сетях / Н.Н. Беляков // Электрические станции. - 1952. - № 6. - с. 40 - 43;
4. Федосеев, А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей / А.М. Федосеев. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520с;
5. Шуин В.А. Теория и практическая реализация защит от однофазныхзамыканий на землю, основанных на использовании переходных
процессов, вэлектрических сетях 3-35 кВ: дис. ... докт. техн. наук: 05.14.02 / Шуин Владимир Александрович. - М.: ВНИИЭ. - 1994. - 523 с.
Plesovskich D.V.
Samara State Technical University (Samara, Russia)
FEATURES OF TRANSIENT PROCESS DURING EARTH FAULT IN 6-10 KV ELECTRICAL NETWORKS
Abstract: an analytical assessment of the magnitudes of the transient process during ground faults in 6-10 kV networks, affecting the dynamic stability ofprotection against this type of damage, is given. The research was carried out on the basis of the analytical solution of the equations of the transient process, followed by verification of the results obtained by mathematical modeling on a computer in the Matlab program.
Keywords: Relay protection, single-phase fault, earth fault protection, electromagnetic transient.
