CC BY
38
Ф.П. Шкрабец, проф.,д.т.н., Ф.К. Баласмех, асп., Национальная горная академия Украины
Процессы и методы контроля несимметричных повреждений в сетях с компенсированной нейтралью
Компенсация емкостного тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью осуществляется включением в нейтраль сети индуктивности, посредством которой при замыкании на землю создается индуктивная составляющая тока однофазного замыкания на землю, имеющая в точке замыкания направление противоположное емкостной составляющей тока замыкания.
Емкостная составляющая тока однофазного замыкания на землю (первая гармоника в установившемся режиме), выраженная через напряжение сети и параметры изоляции, определяется выражением
= -и^ ¥=Зй У¥/ (3¥ + ¥«+у), с и ф индуктивная составляющая тока однофазного замыкания на землю
I = йп УК = -й ифу Ук/(ЗУ + Ук + у),
L и Ф
часть емкостного тока замыкания на землю, обусловленная параметрами изоляции отдельного присоединения распределительной сети
I = Зйп Уп = -Зй уУп/(ЗУ + Ук + У),
П и Ф
полный ток однофазного замыкания на землю
I = -йп(ЗУ + Ук) = й У(3У + Ук) /(ЗУ + Ук+У)
З и ф
и напряжение смещения нейтрали (напряжение нулевой последовательности) при однофазном замыкании на землю
йп = -й у /(зу + Ук+у),
иФ
где й , й - фазное напряжение сети и напряжение
ф и
смещения нейтрали (напряжение нулевой последовательности); У, УП - соответственно проводимости изоляции относительно земли (емкостная и активная) всей электрически связанной сети и отдельного присоединения этой сети; УК-- проводимость индуктивности в нейтрали сети (дугогасящего реактора); у - проводимость переходного сопротивления в точке замыкания на землю.
Эффективность компенсации емкостных токов замыкания на землю и эффективность работы электрических сетей с компенсированной нейтралью в значительной степени зависит от режима настройки компенсирующего устройства (дугогасящего реактора). С учетом значений остаточных аварийных токов и уровней внутренних перенапряжений при дуговых замыканиях на землю большинство исследователей отдают предпочтение резонансной настройке индуктивности
компенсирующего устройства с емкостью сети относительно земли, то есть
хь = Хс или ОЬк = 1 /(Зф С), где хь , хс - соответственно индуктивное сопротивление компенсирующего устройства и емкостное сопротивление всей электрически связанной сети относительно земли; Ьк - индуктивность компенсирующего устройства; С - емкость одной фазы всей электрически связанной сети относительно земли.
С точки зрения оценки работоспособности устройств защиты от замыканий на землю, реагирующих на параметры аварийного режима, следует ориентироваться на токи и напряжения нулевой последовательности. Ток нулевой последовательности в контролируемом присоединении при внешних повреждениях равен току 1п, а ток нулевой последовательности в поврежденном присоединении определится следующим выражением:
I = -Зйп(У- У1) = Зй уУ /(ЗУ + Ук+у),
и и Ф
где У1 - проводимости изоляции относительно земли (емкостная и активная) поврежденного присоединения.
Анализ выполненных исследований амплитудных и фазовых характеристик тока замыкания, токов и напряжения нулевой последовательности в зависимости от переходных сопротивлений в точках замыкания, параметров изоляции распределительной сети и поврежденного присоединения и режима настройки (значения индуктивности дугогасящего реактора по отношению к емкости сети) компенсирующего устройства позволил сформулировать следующие выводы.
1. В сетях с компенсированной нейтралью, при прочих равных с сетями с изолированной нейтралью условиях, значения напряжения и токов нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю зависят от режима настройки компенсирующего устройства. Резонансному режиму настройки компенсирующего устройства соответствуют наибольшие значения напряжения нулевой последовательности и собственного тока контролируемого присоединения, а ток нулевой последовательности в поврежденном присоединении, равно как и ток замыкания, имеют при таком режиме настройки наименьшее значение.
2. Положение векторов напряжения и токов нулевой последовательности в сети с компенсированной нейтралью по отношению к векторам фазных напряжений определяется значением переходного сопротивления в точке повреждения и режимом настройки компенсирующего устройства и изменяется в интервале 180 эл. град. Взаим-
ные фазовые соотношения между напряжением и токами нулевой последовательности в общем случае не является фиксированными.
3. Угол между вектором напряжения и тока нулевой последовательности зависит в основном от режима настройки компенсирующего устройства и изменяется в пределе на 180 эл. град. в интервале от минус 90 град. до плюс 90. В то же время взаимное положения векторов напряжения нулевой последовательности и собственного тока контролируемого присоединения является практически фиксированным и подобно расположению указанных векторов в сети с изолированной нейтралью.
4. Значение напряжения нулевой последовательности при двойных замыканиях на землю в сетях с компенсированной нейтралью определяется, в основном, значениями и соотношением переходных сопротивлений в точках замыкания и режимом настройки компенсирующего устройства. Влияние параметров изоляции сети на напряжение нулевой последовательности проявляется при больших (100 и более Ом) значениях переходных сопротивлений в точках замыкания.
5. Значения и фаза токов нулевой последовательности при одновременном повреждении двух фаз в контролируемой линии или во внешней сети определяются напряжением нулевой последовательности и параметрами изоляции относительно земли соответственно внешней сети или контролируемой линии. Углы между вектором напряжения нулевой последовательности и указанными токами нулевой последовательности составляют примерно 90 град. (со знаком "плюс" и "минус" соответственно).
6. Угол между векторами напряжения и тока нулевой последовательности при более сложных двойных замыканиях на землю в контролируемой линии и во внешней части сети с компенсированной нейтралью не является фиксированным и определяется в основном соотношением переходных сопротивлений в точках замыкания и режимом настройки компенсирующего устройства и изменяется в пределах 300 эл. град.
Результаты исследований процессов распределительных сетях работающих с нейтралью заземленной
через индуктивное (компенсированная нейтраль) сопротивление при различных видах несимметричных повреждений, а также выполненные на их основе исследования работоспособности наиболее распространенных принципов и устройств защиты от таких повреждений показали, что устройства защиты, применяемые в названных сетях, не соответствуют требованиям, предъявляемым к такого рода защитным устройствам, обладают рядом недостатков и оказывают негативное влияние на надежность электроснабжения и условия электробезопасности.
На основании результатов исследований амплитудных и фазовых характеристик напряжения и токов нулевой последовательности при различных видах несимметричных повреждений в распределительных сетях с различными режимами нейтрали, разработан новый принцип выполнения направленной защиты от несимметричных повреждений для распределительных сетей напряжением 6 - 35 кВ с компенсированной, а также с изолированной нейтралью. Суть предлагаемого способа защиты основана на том, что в отличие от известного, предлагается сравнивать по фазе взаимное положение векторов напряжения нулевой последовательности й^ и собственного
тока защищаемого присоединения I .
П
Установлено что независимо от вида несимметричного повреждения и режима работы нейтрали распределительной сети угол между вектором напряжения нулевой последовательности и вектором собственного тока контролируемого присоединения
^0С = аг°1&( )
является практически фиксированным и составляет примерно 270 эл. град. при любом значении переходного сопротивления в точке повреждения и реальных значениях параметров (емкости С1 и сопротивления Rl изоляции сети относительно земли) контролируемого присоединения.
© Ф.П. Шкрабец, Ф.К. Баласмех
211
