ДонНТУ   Портал магістрів

Баран Максим Андрійович

Електротехнічний факультет

Кафедра Електропостачання промислових підприємств і міст

Спеціальність Електричні системи електроспоживання

Метод динамічної корекції досвідчених записів процесів в системі електропостачання

Науковий керівник: д. т. н., проф. Курінний Едуард Григорович

Резюме Біографія Реферат

Зміст

• Вступ
• 1. Замикання на землю в трьохпровідний мережах 6–10 кВ
• 1.1. Металеве замикання на землю
• 1.2. Дугове замикання на землю
• 1.3. Компенсація струмів замикання на землю
• 1.4. Релейний захист від замикань на землю
• 2.Динамічна модель осціллорафіческого гальванометра
• Висновки
• Список джерел

Вступ

На промислових підприємствах мережі 6–10 кВ виконуються з ізольованою нейтраллю. У цих мережах замикання на землю не є короткими, тому при такому пошкодженні можна якийсь час продовжувати роботу. Однак, при замиканнях підвищується напруга на ізоляції непошкоджених фаз і імпульсні перенапруги при замиканні через дугу. Перенапруги можуть викликати пробою ізоляції на іншій фазі, що призводить до протікання великих струмів подвійного замикання на землю. Дуга може викликати вигоряння кабелів і заліза двигунів. Для оцінки впливів струмів замикання на землю, необхідності їх компенсації потрібно знати величини струмів замикання. Цим обумовлена практична актуальність роботи. У проектуванні струми замикання визначаються розрахунком без урахування перехідних процесів, що викликають імпульсні перенапруги. Наукова актуальність роботи обумовлюється необхідністю розробки методів експериментального аналізу струмів замикання. У зв'язку з цим необхідно вирішити такі завдання: виконати оцифровку осциллограмм струмів і напруг металевого і дугового замикань, розробити динамічну модель осциллографического гальванометра (ОГ), який був використаний при осцилографування, виконати корекцію динамічної похибки осцилографування, розробити математичну модель струму металевого замикання на землю.

1. Замикання на землю в трьохпровідний мережах 6–10 кВ

1.1 Металеве замикання на землю

Система електропостачання розподільні мережі 6–35 кВ є системою з ізольованою нейтраллю. Передача електричної енергії до споживачів виконується за трехпроводной системі, із застосуванням кабельних або повітряних ліній. Даний режим роботи нейтралі дає можливість збільшити надійність живлення споживачів при деяких видах ушкоджень в електричних мережах.

У розподільних мережах з ізольованою нейтраллю замикання однієї з фаз на землю не тягне до виникнення короткого замикання і у великій кількості випадків не вимагає відключення пошкодженої ділянки. Лінійні напруги залишається незмінним, таким же як і до замикання пошкодженої фази на землю. У випадках, коли виникає однофазне замикання в розподільних мережах з ізольованою нейтраллю з'являються процеси, що впливають на режим роботи електричної мережі в цілому. Напруга фази, на якій відбулося пошкодження, незважаючи на вид замикання прагне до нуля. У моменти коли, вимірювальні прилади показують, що напруга на фазі дорівнює нулю, кажуть, що це повна земля, а замикання називається металевим.

При металевому замиканні на землю в початковий момент протікає перехідний процес, який триває приблизно чверть періоду, тобто 5 мс, після цього настає сталий режим. У ці моменти часу спостерігаються великі кидки струму і імпульсні перенапруги. Так як тривалість перехідного режиму не велика, то кидки струму не викликають перегрівання пошкодженого кабелю. Проте перенапруги можуть викликати порушення ізоляції кабелю в будь-якій точці мережі. Такого роду подвійне замикання є близькими до двофазному короткого замикання і в разі не спрацьовування релейного захисту, викличе неприпустимий нагрів в точках замикання. Іншими словами – однофазне замикання на землю в розподільній мережі з ізольованою нейтраллю небезпечно розвитком двухфазного короткого замикання.

1.2 Дугове замикання на землю

Дугові замикання на землю в практиці експлуатації зазвичай відбуваються рідше, ніж замикання на землю. При цьому короткому замиканні перехідні процеси протікають при кожному загорянні або загасання дуги. Ємнісні струми однофазних замикань на землю в мережах 6–10 кВ з ізольованою нейтраллю відносно великі (десятки, сотні ампер), дуги замикань мають властивість горіти стійко протягом довгого часу, впливаючи на ізоляцію, струмопровідні і магнітопроводящіе елементи мереж. Все це створює умови для розвитку аварій переходу однофазних замикань на землю в двох або трифазні короткі замикання. Для захисту мережі при виникненні тривалого горіння дуг ємнісних струмів може здійснюється переходом до режиму роботи мереж з резонансно заземленою нейтраллю.

Через велику величини струму перегрів стає більше, але при цьому перенапруження буде менше. Це обумовлено тим, що майже не відбувається деионизация, горіння дуги відбувається стійко, а кидки струму при появі і обриві дуги відбуваються з невеликою швидкістю. При невеликих значеннях струму перегреб буде менше, а перенапруження більше.

Дугові замикання небезпечніше металевих, так як імпульсні перенапруги виникають не тільки в початковий період часу, а весь час. Крім того, дуга може призвести до вигоряння кабелю і заліза двигуна.

Дуговые замыкания оказывают негативное влияние на ограничителях перенапряжения (ОПН). В случае металлическом замыкании ОПН уменьшает импульсные перенапряжения только один раз – в начальный период. А в момент дугового замыкания ОПН срабатывает все время, поэтому он перегревается. Имелись случаи выхода ОПН из строя при дуговых замыканиях на землю.

1.3 Компенсація струмів замикання на землю

Величину ємнісного струму замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю зменшують до значення при якому дуга гасне в місці поврежденія.Ці дії здійснюються при заземленні нейтралі генератора або трансформатора через дугогасні реактори, індуктивний опір. Найчастіше застосовуються дугогасильні реактори, які складаються з осердя і обмотки, розташованих в кожусі, заповненому трансформаторним маслом. Зміною числа кількості витків або зазору сердечника регулюють індуктивність реактора L. У порівнянні з величиною індуктивного опору, величина активного опору дуже мало.

Протягом тривалого часу система із замкнутою на землю фазою може працювати при компенсації ємнісного струму в місці замикання індуктивним струмом. При цьому величина напруги у всіх точках мережі незмінна як і в системі з ізольованою нейтраллю показником ефективності компенсації є відношення кількості замикань на землю, не розвинулися в к. з., до загальної кількості замикань.

У системах з компенсацією ємнісного струму числове значення цього відношення становить 0,6–0,9, а в системах з ізольованою нейтраллю 0,3. Релейний захист від замикання на землю не потрібно в компенсаційних мережах. Релейная захист в таких мережах призначена для відключення ліній, трансформаторів і генераторів, а також електродвигунів, підключених безпосередньо до мережі. Виняток становлять системи напругою 3–35 кВ з підвищеною небезпекою обслуговування обладнання, в яких замикання на землю повинні вибірково відключатися. До них відносяться системи електропостачання шахт, відкритих гірських розробок, торф'яних розробок та ін. Компенсація ємнісних струмів має такі вигідними для експлуатації якостями: зменшує струм через місце пошкодження до безпечного значення, забезпечуючи цим надійне дугогашенія; знижує швидкість відновлення напруги на пошкодженій фазі, внаслідок чого ймовірність повторного запалювання дуги і виникнення комутаційних напруг мала; при збереженні стійкої дуги зменшує ймовірність переходу замикання на землю в багатофазних к. з.  та ін.

Від досконалості дугогасних реакторів залежить ефективність компенсації. Ефективність компенсації при незмінній налаштування реактора становить 0,6. а при використанні реактора з підмагнічуванням і автоматичної швидкодіючої налаштуванням 0,9.

Якщо струм замикання становить понад 10 А у всіх системах напругою 35кВ необхідно встановлювати дугогасні реактор. У системах напругою 3–20 кВ, в яких є лінії електропередачі з металевими і залізобетонними опорами, де величина струму замикання більше 10 А. Компенсація ємнісного струму замикання на землю повинна застосовуватися при значеннях цього струму в нормальних режимах в системах, які не мають залізобетонних і металевих опор на повітряних лініях: більше 30 А при напрузі 3–6 кВ; більше 20 А при напрузі 10 кВ; більше 15 А при напрузі 15–20 кВ; більше 5 А в схемах напругою 6–20 кВ блоків генератор-трансформатор (на генераторному напрузі). При токах замикання на землю понад 50 А рекомендується застосування не менше двох заземлюючих дугогасних реакторів. Реактор може бути включений в нейтраль одного працюючого трансформатора, який при цьому отримує додаткове навантаження. Допускають включення реактора потужністю, що дорівнює 50% потужності трансформатора, за умови, що він буде працювати з найбільшим струмом компенсації не більше 2 годин.

1.4 Релейний захист від замикань на землю

Для захисту ліній від струму короткого замикання на землю використовуються спеціальні захисту, що реагують на струм і напруга нульової послідовності. Необхідність установки на лініях даної захисту нульової послідовності викликана тим, що поширеним пошкодження на лінії є однофазне коротке замикання. Захист реагує на струму і напруги нульової послідовності здійснюється набагато простіше і має ряд переваг в порівнянні з струмовим захистом, що реагує на повні струми фаз.Данний вид захисту виконується у вигляді максимального струмового захисту.

Суть даного методу полягає в тому, що будь-яка 3-х фазна несиметрична система векторів струмів або напруг може бути замінена сумою 3-х симетричних систем.

Виходячи з рис. 1.4 ми можемо зробити висновок, що:

1. Вектори прямої послідовності обертаються проти годинникової стрілки, слідують один за одним в чергуванні А-В-С;
2. Вектора зворотній послідовності обертаються в чергуванні А–С–В;
3. Вектори нульової послідовності збігаються по фазі і по напрямку.

У нормальному симетричному режимі, а також при симетричному 3-х фазному к. з.  повні струми і напруги рівні струму і напрузі прямий послідовності, складові зворотної та нульової послідовності рівні нулю. Составляющіе зворотній послідовності виникають в мережі при будь несиметрії: 1 фазні к. з., 2–х фазні к. з., обрив фази, несиметрична навантаження.

Теорії симетричних складових при замиканнях на землю необхідно виділити наступні положення: Cоставляющие нульової послідовності з'являються тільки при к. з . на землю (однофазних і 2-х фазних), а також при обриві однієї або двох фаз. При міжфазних к. з.  без землі (3–х і 2–х фазних) струми і напруги нульової послідовності відсутні. При однофазному к.з. струм нульової послідовності в місці пошкодження дорівнює 1/3 струму к. з.  в тій же точці і збігається з ним по фазі, а напруга нульової послідовності дорівнює 1/3 геометричної суми напруг непошкоджених фаз.

Таким чином, в місці к.з. на землю проходить струм дорівнює сумі струмів нульової послідовності I0 всіх трьох фаз, який і є дійсним струмом пошкодження IK = 3I0. Цей струм направляється через землю до заземленим нейтралей трансформаторів і повертається в фази мережі, причому поява струмів нульової послідовності можливо тільки в мережі, де є трансформатори з заземленими нейтралями.

Если трансформатор имеет соединение обмоток звезда треугольник, то замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает токов нулевой последовательности на стороне звезды. Если сети различных напряжений связаны трансформатором, имеющим схему соединения звезда звезда, с заземлёнными нулевыми точками обеих обмоток, то замыкание на землю в сети одной звезды вызывает появление токов нулевой последовательности в сети второй звезды. При наличии автотрансформаторов, связывающих сети двух напряжений, замыкание на землю в сети одного напряжения вызывает появление токов нулевой последовательности в сети другого напряжения.

2. Динамічна модель осціллорафіческого гальванометра

Осцилографування здійснюється світлопроменевих осциллографом. Світлопроменевий осцилограф ставитися до приладів прямої дії. Реєстрація проводиться звичайним світловим променем або ультрафіолетовим промінням на спеціальному фоточутливому носії, який не має диаграммной сітки. Перевагою світлопроменевих осціллографв порівнянні з широко пріменіемим електронно-променевим осцилографом:

1. Простота і зручність отримання докуметов реєстрації особливо при реєстрації на носії типу УФ;
2. Можливість одночасної реєстрації на одному носії безлічі (кілька десятків) досліджуваних динамічних процесів.

При розшифровки осцилограм визначають якісь тимчасові інтервали досліджуваного процесу і визначають струми в кожен момент часу, що цікавить експериментатора. Для встановлення масштабу по осі часу в світлопроменевих осцилографах застосовують позначку часу. Наиболее часто це спеціальні електромеханічні пристрої, які наносять на джерело світловим променем вертикальні лінії через певні проміжки часу, наприклад 0,2; 0,02 с і т. д. Підрахунок кількості ліній між потрібними точками реєструється кривої і помноживши це чисто на масштаб позначки часу отримують значення інтервалу часу який визначається.

В якості вимірювальних механізмів в світлопроменевих осцилограф використовуються мініатюрні магнітоелектричні вимірювальні механізми, що мають назву осцілографіческімі гальванометра (ОГ) Основними вузлами слетолучевого осцилографи є блок з осцілографіческімі гальванометр, оптична система, поворотний механізм і фіксатор часу.

Коротко зупинимося на основних вузлах світлопроменевих осцилографа. У світлопроменевих осциллографе застосовується осциллографические гальванометвставка. Гальванометрвставка являє собою рухому частину магнітоелектричного вимірювального механізму (рухома рамка на розтяжках), встановлену в металевий немагнітний кожух з полюсними наконечниками з магнітомягкого матеріалу. Зазвичай зовнішній діаметр кожуха становить 6 мм. Гальванометрвставка розміщується експерементатором в повітряні зазори муздрамтеатру одного великого постійного магніту. Магнітний блок типу М1062 має в муздрамтеатрі пази для розміщення одночасно 12 різних ОГ і кроком 9 мм.

Основними вимогами пред'являються до ОГ і мають істотний вплив на їх конструктивне оформлення:

1. Можливість великих частотних диапозонов, отже і можливо велика частота собстенних коливань рухомої частини F0;
2. Досить висока чутливість до струму S1;
3. Можливо менший діаметр вставки для збільшення кількості одночасно встановлених ОГ.

НА рис.2.2 показано конструктивне оформлення рухомих частин найбільш великих рамок ОГ. На рис 2.2 зображена рухома частина ОГ з магнітоіндуктівним обмотувальним або рідинним заспокоєнням. Вращающій момент як же як і в звичайних магнітоелектричних механізмах створюється взаємодією струму I в рамці, розтягнутої на блоках за допомогою розтяжок і поля постійного магніту. Момент заспокоєння створюється взаємодією поля постійного магніту і струму Iусп, який утворюється в колі рамки від ЕДС, індуктивної в рамці при її русі. Очевидно що струм Iусп, а відповідно і момент заспокоєння будуть залежні при обмотувальному заспокоєнні в першу чергу від опору ланцюга з рамкой.Оптімальний момент заспокоєння вважають такий момент заспокоєння, який забезпечує при заданій допустимої нелінійності амплітудно-частотної характеристики найбільш робочу смугу частот ОГ.

Нелінійності амплітудно-частотної характеристики ОГ з обмотувальним заспокоєнням повинна бути не більше ± 5% в діапазоні частот від 0 до 0,60 іF0 (± 10% в діапазоні частот від 0 до 0,75F0). Заспокоєння ОГ обисно характеризується коефіцієнтом, званим ступенем заспокоєння. Оптімальное заспокоєння отримують при 0,7. Слідуючи з вищесказаного виходить, що у ОГ з обмотувальним заспокоєнням в паспорті повинно вказуватися значення зовнішнього опору, при якому забезпечується оптимальне значаніе отож і найбільш імовірна робоча смуга частот.

При рідинному заспокоєнні рухома частина ОГ заливається спеціальною рідиною. Зазвичай у таких ОГ присутній і обмотувальні заспокоєння, проте рідинне заспокоєння переважає над обмотувальним заспокоєнням і тому зовнішній опір у таких ОГ в більшості випадків може бути любим. Вязкость використовуваних рідин залежить від температури навколишнього середовища. Тому в сучасних світлопроменевих осцилографах для забезпечення оптимального значення використовують термостатирование.

НА рис 2.2 показана рухома частина ОГ з магнітоіндуктівним каркасних заспокоєнням. Рамка намотана на алюмінієву пластину з вилогами для розтяжок. При русі рамки в пластині виникають вихрові струми, які взаємодіють з полем постійного магніту і створюють момент заспокоєння. Каркасне заспокоєння завжди переважає над обмотувальним заспокоєнням і тому ОГ з каркасним заспокоєнням, так само, як і ОГ з рідинним заспокоєнням можуть працювати при оптимальній величині незалежно від значення зовнішнього сопроівленія гальванометра.

Неважко помітити, що платівка при каркасному заспокоєнні істотно збільшує момент інерції рухомої частини гальванометра і погіршує його частотні особливості. У деяких світлопроменевих осцилографах попередніх випусків крім реакції досліджуваного сигналу передбачалася також можливість візуального спостереження цього сигналу на спеціально встановленому екрані. В таких осцилографах частина променя світла, відбитого від дзеркала ОГ потрапляє на дзеркальний барабан, який обертається з постійною швидкістю. Неважко побачити, що при обертанні барабана є кут падіння променю на кожну грань барабана. Виходить, що створювана променем світла пляма переміщується вздовж екрану, створюючи таки чином тимчасову розгортку досліджуваного сигналу.

При розшифровки осцилограм визначають якісь тимчасові інтервали досліджуваного процесу і визначають струми в кожен момент часу, що цікавить експериментатора. Для встановлення масштабу по осі часу в світлопроменевих осцилографах застосовують позначку часу .Наиболее часто це спеціальні електромеханічні пристрої, які наносять на джерело світловим променем вертикальні лінії через певні проміжки часу, наприклад 0,2; 0,02 с і т. д. Підрахунок кількості ліній між потрібними точками реєструється кривої і помноживши це чисто на масштаб позначки часу отримують значення інтервалу часу який визначається.

Висновки

Використовуваний в проектуванні метод прогнозування ємнісних струмів в мережах 6–10 кВ не дає об'єктивної інформації про величину струмів і особливо про перехідні процеси. Для обгрунтування необхідності і оцінки ефективності компенсації струмів замикання на землю необхідно виконання дослідів металевого і дугового замикань. Осцилографічні гальванометри вносять динамічну похибку в результати осцилографування. Для її компенсації необхідно виконати корекцію вимірювань, вважаючи гальванометр апериодическим ланкою першого порядку. Математичний опис процесу металевого замикання на землю пропонується виконати поетапно. У сталому режимі процес зміни струму представляється у вигляді ряду Фур'є. Після вирахування цього процесу із скоригованої осцилограми струму замикання перехідний процес доцільно апроксимувати сумою експонент і експоненціальносінусоідальной функціями. Математичний опис дозволяє розробити динамічну модель мережі у вигляді елементарних ланок, а також виконати їх параметричну ідентифікацію.

Список источников

1. Справочник по электроустановкам высокого напряжения / Под ред. И. А. Баумштейна, В. М. Хомякова: Энергоатомиздат, 1989. – 656 с.
2. Правила устройства электроустановок: Энергоатомиздат, 1985. – 640 с.
3. Правила устройства электроустановок: Форт, 2009. – 704 с.
4. Ф. А. Лихачев. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов: Энергия, 1971. – 152 с.
5. Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. Электрическая часть станций и подстанций: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
6. Э. Г. Куренный, Е. Н. Дмитриева, Н. Г. Вальков. Динамические погрешности осциллографирования электроэнергетических процессов и их коррекция // Энергетика и электрификация. – 1997.
7. Н. В. Чернобровов. Релейная защита: Энергия, 1971. – 624 с.