Реферат | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание

Замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю

     Цей вид замикання – найпоширеніший у мережах з малим струмом замикання на землю. Процеси, що відбуваються в таких мережах досить складні й істотно залежать від параметрів та схеми мережі, опору контуру перебігу струму замикання.

     Опір нульової послідовності в мережах напругою 6-35 кВ визначається в основному ємністю елементів мережі відносно землі. Тому замикання на землю в мережах 6-35 кВ супроводжуються перебігом малих струмів пошкодження, які менші за струми навантаження. Це особливо характерне для мереж з ПЛ напругою 6-Ю кВ, де ємність провідників відносно землі невелика. У мережах з КЛ та протяжними ПЛ напругою 10-35 кВ можливі значні струми замикання на землю.

     Для поліпшення гашення дуги та запобігання переходу замикання на землю в міжфазне КЗ у мережах, що розглядаються, встановлюють дугогасильні котушки, з допомогою яких компенсується основна гармоніка ємнісного струму замикання на землю. Як наслідок - результуючий струм пошкодження у таких мережах в усталеному режимі різко зменшується. При замиканні на землю струм, що перебігає пошкодженим з'єднанням (рис. 1, а), дорівнює сумі струмів непошкоджених елементів, що визначаються ємністю та активним опором ізоляції відносно землі кожного з них, та струму дугогасильної котушки (при її наявності).

Рисунок 1 – Приклад однофазного КЗ в електричній мережі: а - розрахункова схема електричної мережі; б - схема заміщення для нульової послідовності

     У некомпенсованих мережах струми основної гармоніки на пошкодженому та непошкодженому з'єднаннях спрямовані в протилежні сторони, що пояснюється розташуванням джерела напруги нульової послідовності в місці замикання (рис. 1, б). Тому струм І_С, який визначається ємнісним опором непошкодженої мережі, у пошкодженому елементі перебігає в напрямку до шин, а в непошкодженому – від них.

     При вмиканні дугогасильної котушки L_ДК в нейтраль одного з трансформаторів фаза основної гармоніки струму пошкодження залежатиме від співвідношення між значенням ємності непошкоджених ділянок та індуктивністю котушки. Якщо переважає індуктивна складова струму пошкодження, то фази реактивних складових струму пошкодження однакові на непошкодженому (ємнісний струм, спрямований до лінії) і пошко¬дженому (індуктивний струм, спрямований до шин) приєднаннях.

     Значення і фаза струмів замикання визначаються напругою нульової послідовності U₀. Найбільше значення U₀ буде при замиканнях на землю без перехідного опору і дорівнюватиме фазній напрузі мережі. При замиканнях через перехідний опір значення U₀ встановлюється співвідношенням між опором нульової послідовності та перехідним опором. Кут між напругою U₀ та струмом замикання на землю завжди однаковий і дорівнює кутові опору нульової послідовності мережі. Наявність перехідного опору зменшує значення U₀ і кут відносно фазної напруги.

Рисунок 2 – Схеми заміщення і векторні діаграми напруг та ємнісних струмів мережі з ізольованою нейтраллю в режимах: а – нормальному; б – з однофазним замиканням на землю

     Для аналізу однофазних замикань на землю в мережах з ізольованою нейтраллю розглянемо відповідні схеми заміщення та векторні діаграми (рис. 2). Виходячи з практичних завдань розрахунку аварійних режимів мережі, введемо низку припущень:

• ємності окремих фаз відносно землі, рівномірно розподілені вздовж провідників, заміняємо еквівалентно зосередженими ємностями С_А = С_В = С_С = С, ввімкненими посередині ЛЕП;
• не враховуємо провідності витоку струму, а також активні та індуктивні опори ЛЕП, малі порівняно з ємнісними опорами фаз відносно землі;
• опори навантаження та ЛЕП (фазні) вважаємо симетричними.

     Ємнісні струми фаз тотожні за модулем, а за фазою випереджають відповідні напруги на кут 90°. У нормальному режимі сума струмів дорівнює нулю (рис. 2, а). Напруга нейтралі (між нульовою точкою мережі та землею) визначається за виразом

,

(1)

     де Y_A = Y_B = Y_C = jωC – ємнісні провідності окремих фаз у нормальному режимі.

     При замиканні на землю без перехідного опору в точці пошкодження аварійна фаза А набуває потенціалу землі (рис. 2, б). Тому Напруга нейтралі стає рівною . Напруги непошкоджених фаз відносно землі зростають в рази і складають

     Ємнісні струми також збільшуються в рази. Випереджаючи напруги та на 90°, ці струми через землю повертаються у пошкоджену фазу, струм якої дорівнює струмові замикання на землю

,

(2)

     де – струм нульової послідовності при замиканні на землю.

     Струми та випереджають е.р.с. на 90° і визначаються ємностями фаз живильної системи заданої напруги, а також значенням . Ось чому в розгалужених мережах значної ємності струм замикання на землю більший. Так, при замиканні на землю фази однієї з кількох ЛЕП, увімкнених до загального джерела, сумарний струм в місці замикання за рахунок ємнісних струмів усіх ЛЕП складе

,

(3)

     Тут С_Σ – сумарна ємність фази всіх ЛЕП, причому С_Σ = С_пит∙l, де С_пит – питома ємність фази мережі відносно землі, Ф/км; l – загальна довжина провідника однієї фази мережі. Струм замикання на землю для мережі з КЛ можна також визначити за емпіричною формулою (А)

,

(4)

     де U_ном – номінальна лінійна напруга мережі, кВ; l_i – довжина КЛ, км; q_i – переріз кабелю, мм₂.

     Оцінка аварійних режимів замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю має принципово важливе значення для підприємств та об'єктів щодо надійності електропостачання, електробезпеки та конструктивного виконання устаткування. Це характерне, передусім, для гірничих підприємств – потужних та важливих споживачів електричної енергії з специфічними особливостями (складні гірничо-геологічні умови, вибухобезпечність вугільних шахт), сукупність яких якісно відрізняє їх від загальнопромислових об'єктів. За приклад візьмемо аварійні режими шахтних електричних мереж.

     Для обмеження умов відкритого іскроутворення в підземних виробках шахт у зв'язку з комутаційними перенапругами, а також попередження неправильних дій захисту від струмів витоку через погіршення стану ізоляції електроустановок зазначені мережі живляться від спеціальних розподільних або триобмоткових трансформаторів (35-110)/6/6 кВ.

     У шахтній електричній мережі спостерігається найбільша кількість пошкоджень. Причина - несвоєчасне усунення несправностей в електроустаткуванні, а також помилкові дії обслуговуючого персоналу.

     В умовах експлуатації шахтного електроустаткування вугільний пил та волога осідають довкола елементів устаткування, внаслідок чого можуть виникати струми витоку, які за певних обставин сприяють КЗ з небезпечними наслідками. Основна причина КЗ у підземних шахтних мережах - механічне пошкодження електроустаткування. Найчастіше зазнають ушкоджень шахтні броньовані та особливо гнучкі кабелі. У шахтних виробках КЗ можуть стати причиною підземних пожеж, що насамперед небезпечно для людей. За певних ситуацій КЗ призводять до порушення безпечних умов експлуатації шахтного електроустаткування. Захист від струмів КЗ – один з основних засобів створення вибухо- та пожежобезпеки від електроустаткування.

     У шахтних електричних мережах можуть статися однофазні замикання на землю та міжфазні КЗ. З урахуванням особливої небезпеки цих замикань "Правила безпеки в підземних виробках шахт" допускають застосування трансформаторів тільки з незаземленою нейтраллю. Заземлення нульової точки дозволяється лише для мереж напругою 0,4 кВ, та й то на поверхні шахт. Відповідно до зазначених Правил максимально допустима потужність КЗ на шинах центральної підземної підстанції не повинна перевищувати 50 % від потужності вимикання, але і не більше 100 МВ∙А.

     У підземних шахтних мережах замикання фази на землю або корпус електроприймача (навіть при малих струмах витоку) пов'язане з небезпекою ураження оточуючих електричним струмом. Тому ці замикання, на відміну від мереж загальнопромислових підприємств, негайно вимикають спеціальним захистом від витоків струму. Наявність такого захисту дає змогу практично усувати перехід однофазних замикань у двофазні або двофазні КЗ на землю.

     У струмі замикання на землю практично завжди містяться складові з частотами, що перевищують промислову частоту. В момент замикання на землю виникає перехідний процес, в якому можна виділити дві стадії. Початкова стадія характеризується розповсюдженням електромагнітних хвиль в обидві сторони по мережі від місця пошкодження. Тут частота складових перехідного процесу велика (до сотні кілогерц), а тривалість процесу мала. В другій стадії характер перехідного процесу приблизно такий же, як і в контурах із зосередженими параметрами. Орієнтовно перехідний процес можна оцінити за схемою заміщення для нульової послідовності, на яку подається напруга збурення u₀(t). Криві на рис. 3 відбивають характер зміни струму замикання та напруги в мережі. Перехідний процес триває не більше 10 мс з частотою сотні герц. Найбільш ефективний перехідний процес спостерігається (рис. 3, а), якщо початкове значення напруги u₀(0) в усталеному режимі відповідає максимальному значенню напруги на результуючій ємності U_C (рис. 3, б). Це можливе при замиканні на землю в момент максимального значення фазної напруги пошкодженої фази (досить розповсюджений випадок).

Рисунок 3 – Криві струму та напруги перехідного процесу при напрузі збурення u₀(t)

     Якщо початкове значення u₀(0) відповідає переходу напруги u_C(0) через нульове значення, то струми перехідного процесу зменшуються (рис. 3, б). Амплітуди струмів перехідного процесу можуть в десятки разів перевищувати усталені струми замикання на землю. Відношення амплітуд можна вважати приблизно рівним відношенню частоти перехідного процесу до промислової частоти.

     У мережах з компенсацією ємнісних струмів дугогасильна котушка практично не впливає на високочастотні складові перехідного процесу (рис. 3, в). Тут частота настроювання близька до 50 Гц при достатньо точній компенсації ємнісного струму. Дугогасильна котушка може викликати появу аперіодичної складової струму замикання на землю (постійна часу контуру залежить від добротності котушки та амплітуди струму, яка не перевищує номінального значення). Тому результуючий струм замикання на землю в цих мережах, окрім високочастотних, містить аперіодичну складову.

     Як установлено та підкріплено дослідами, вищі гармоніки практично завжди присутні в струмі замикання і складають 5...15 % від значення струму основної гармоніки. Гармонічний склад струму замикання залежить від виду мережі, умов замикання і може змінюватися в широких межах.

ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ