Дмитриев Михаил Сергеевич
Электротехнический факультет (ЭТФ)
Кафедра электрических станций (ЭС)
Специальность «Электрические станции» (ЭС)
«Совершенствование условий работы измерительных трансформаторов напряжения в электрических сетях с малым емкостным током замыкания на землю»
Научный руководитель: к.т.н., доцент Михаил Павлович Дергилёв
Реферат по теме выпускной работы
Содержание
Общая характеристика работы
Актуальность темы
Цель работы
Научная новизна
Практическая ценность
Методы исследования
1 Современное состояние проблемы и способы её решения
1.1 Работа сетей 6-10 кВ в современных условиях
1.2 Основные теории, используемые для анализа способов ограничения перенапряжений при однофазном замыкании на землю.
1.3 Обзор существующих способов ограничения перенапряжений в сетях 6-10 кВ.
2 Теоретические и экспериментальные исследования переходных процессов в сетях с ТН при замыкании вазы на землю
2.1 Схема замещения сети
2.2 Основные результаты работы
2.3 Анализ результатов исследования
Перечень публикаций
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Системы электроснабжения Украины предназначены для удовлетворения потребностей потребителей в электрической энергии в соответствии с заданным уровнем надежности, безопасности и качества, с минимальными потерями электроэнергии, стимулируя к тому же экономию энергопотребления. В условиях постоянно ухудшающегося технического состояния сетей на передний план выдвигается проблема поддержания на достаточно необходимом уровне надежность электроснабжения потребителей за счет продления срока службы электрооборудования с изношенной изоляцией. По данным опыта эксплуатации самым распространенным видом повреждения в этих сетях являются однофазные замыкания на землю, составляющие до 90% от общего числа нарушений нормальной работы сети. Опыт эксплуатации рассматриваемых сетей показывает, что одним из наиболее повреждаемых элементов сетей являются измерительные трансформаторы напряжения. В литературе имеется много противоречивых данных о причинах повреждений трансформаторов. Положительное решение по данному вопросу может быть найдено только на основе глубокого исследования процессов в сетях с трансформаторами напряжения при дуговых замыканиях на землю в разных режимах работы этих сетей.
Цель работы: анализ с помощью физического и математического моделирования переходных процессов при глухих и дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью. На основе полученных результатов установить причины повреждения трансформаторов напряжения и выработать способы решения по совершенствованию условий работы измерительных трансформаторов в рассматриваемых сетях.
В соответствии с этим основными задачами работы являются: 1) проведение теоретических и экспериментальных исследований по определению качественных и количественных параметров переходных процессов в сетях с изолированной нейтралью при дуговых замыканиях на землю; 2) анализ процесса феррорезонанса в трансформаторе напряжения; 3) проведение экспериментальных исследований по оценке возможности возникновения резонансных явлений в разных по параметрам электрических сетях с трансформаторами напряжений при дуговых замыканиях на землю; 4) разработка мероприятий и схемных решений по совершенствованию условий работы измерительных трансформаторов в рассматриваемых сетях.
Научная новизна: предложены новые идеи о причинах повреждения измерительных трансформаторов напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью и предложены схемные решения по совершенствованию трансформаторов в указанных режимах работы.
Практическая ценность: практическая реализация предлагаемых в работе решений позволит существенно улучшить условия работы измерительных трансформаторов и снизить их повреждаемость в сетях рассматриваемого класса напряжений.
Методы исследования: теоретические и экспериментальные исследования переходных процессов с использованием физического и математического моделирования электрических сетей с изолированной нейтралью.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И СПОСОБЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ.
1.1 Работа сетей 6-10 кВ в современных условиях.
Широко применяемые в настоящее время дугогасящие катушки(ДГК) как средство защиты электрооборудования от последствий однофазных замыканий из-за наличия несимметрии по фазам не только не улучшают работу сети, а наоборот, создают более неблагоприятные условия для работы изоляции электрооборудования. Перекосы напряжений по фазам резко сокращают срок службы изоляции всей электрически связанной сети и не обеспечивают требуемой эффективности защиты электрооборудования сетей в режиме дуговых замыканий фазы на землю в том числе и измерительных трансформаторов напряжения т.к. рост кратности перенапряжений на элементах сети пропорционален степени несимметрии напряжения по фазам, и может достигать величины (3-4)Uф и более. Из-за указанных причин аварийность в современных сетях достигает 120-140 повреждений в год на каждые 100 км линий, до 80% из которых развиваются в междуфазные короткие замыкания или многоместные пробои изоляции на поврежденной фазе.
1.2 Основные теории, используемые для анализа способов ограничения перенапряжений при однофазном замыкании на землю [1].
В числе исследований многочисленных коммутационных перенапряжений, возникающих вследствие всякого рода замыканий и размыканий электрических цепей, наибольшее количество исследований было посвящено весьма распространённым перенапряжениям при дуговых замыканиях на землю в высоковольтных сетях, работающих с изолированной нейтралью.
Основоположником исследований этих перенапряжений был Петерсен, который в 1916 г. разработал теорию, объясняющую физическую сущность процесса возникновения максимальных перенапряжений.
В 1923 г. Петерс и Слепян предложили другую теорию, принципиально отличную от теории Петерсена.
Позднее эти теории дополнялись различными авторами на основании теоретических и лабораторных исследований в отношении уровней максимальных перенапряжений и формы их развития.
В 1957 г. Н.Н.Беляковым была опубликована теория возникновения перенапряжений при дуговых замыкания на землю также в сетях с изолированной нейтралью.
Процесс возникновения максимальных перенапряжений в соответствии с теорией Петерсена имеет следующие характерные особенности :
а) Повторные зажигания заземляющей дуги представляются в виде металлических замыканий. В связи с этим не учитывается наличие у дуги вольт-амперной зависимости, которая в действительности для токов высокой частоты имеет явно динамический характер, т.е. напряжение на дуге не имеет чётко выраженных пиков гашения и зажигания, как это обычно принято считать для статической характеристики. Процесс деионизации запаздывает относительно изменения тока в дуге.
Повторные зажигания по Петерсену происходят регулярно через каждый полупериод при максимальном напряжении на повреждённой фазе, когда напряжение источника питания равно максимальному значению. Максимальные перенапряжения могут достигать величины 7.5 Uф.
б) Длительность горения дуги при каждом повторном зажигании равна полупериоду свободных колебаний, несмотря на то, что величина тока и скорость его изменения с каждым полупериодом увеличивается, а также увеличивается его тепловое и ионизирующее действие.
в) После каждого гашения дуги в сети появляется нарастающее постоянное напряжение смещения Uсм.
г) Восстановление напряжения на повреждённой фазе после гашения дуги имеет колебательный характер с высокочастотным пиком, превышающим величину фазного напряжения. Однако, предположено, что диэлектрическая прочность места повреждения нарастает быстрее, нежели восстанавливающееся напряжение.
д) При каждом полупериоде перенапряжения изменяют свой знак.
Характерными особенности возникновения перенапряжений по теории Петерса и Слепяна являются :
а) Повторные зажигания представляются также в виде металлического замыкания на землю. Они происходят регулярно через каждый период при максимальном значении напряжения на повреждённой фазе ( при первом и всех последующих зажиганиях соответственно ± Uф и ±2 Uф ).
б) Длительность горения дуги при каждом повторном зажигании равна полупериоду промышленной частоты.
в) Поскольку гашения дуги происходят при каждом прохождении тока промышленной частоты через нулевое значение, то пики гашения отсутствуют. Восстановление напряжения на повреждённой фазе после гашения дуги происходит плавно с промышленной частотой.
г) Одинаковые ( за исключением первого ) перенапряжения при каждом зажигании дуги образуются в результате неизменяющихся начальных и конечных напряжений на повреждённых фазах, соответственно ±0.5Uф и ±1.5Uф.
д) Перенапряжения знака не изменяют.
Для возникновения максимальных перенапряжений по Белякову необходимо совпадение двух основных условий в одном цикле, а именно :
а) Первое зажигание дуги должно произойти ранбше максимума э.д.с. повреждённой фазы, чтобы к моменту гашения ( максимума напряжения на повреждённой фазе ) первый пик восстанавливающегося напряжения достигал величины 0.4Uф.
б) Второе зажигание дуги, при котором на отстающей фазе возникают наибольшие перенапряжения 3.2Uф, должно произойти именно в момент при напряжении повреждённой фазы, приблизительно равном 2.2Uф, т.е. больше, чем первое зажигание [1, 2].
1.3 Обзор существующих способов ограничения перенапряжений в сетях 6-10 кВ.
Сети одного и того же номинального напряжения при разных способах заземления нейтрали имеют ряд различий в технических и экономических показателях. Способ заземления нейтрали в первую очередь влияет на величину тока замыкания на землю. Поэтому ПУЭ все электрические сети, в зависимости от величины тока, подразделяет на сети с малым и сети с большим током замыкания на землю. Согласно принятым в Украине нормам сети 6-10 кВ относятся к сетям с малым током замыкания на землю [2].
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЕТЯХ С ТН ПРИ ЗАМЫКАНИИ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ
2.1 Схема замещения сети
Для теоретических исследований за основу взята сеть изображённая на рис.1, в которой источник питания представлен своими ЭДС и параметрами схемы замещения, сеть представлена междуфазной ёмкостью и ёмкостью фаз по отношению к земле, измерительный трансформатор изображён в виде индуктивности рассеяния обмоток и их активными сопротивлениями, в нейтрали измерительного трансформатора включен активный резистор. Режим замыкания фазы на землю имитировался замыканием и размыканием рубильника S [3].
