Компенсация тока замыкания на землю

Уменьшения емкостного тока замыкания на землю в системах с изолированной нейтралью до значения, при котором гаснет дуга в месте повреждения, достигают заземлением нейтрали генератора или трансформаторов через дугогасящие реакторы, индуктивное сопротивление которых приблизительно равно емкостному сопротивлению системы, то есть ω*L=1/(3*ω*С).

Наибольшее распространение получили дугогасящие реакторы, состоящие из сердечника и обмотки, расположенных в кожухе, заполненном трансформаторным маслом. Индуктивность реактора L регулируют изменением числа витков или зазора сердечника. Активное сопротивление реактора r мало по сравнению с индуктивным.

Компенсация тока замыкания на землю

При компенсации емкостного тока Iз в месте замыкания индуктивным током IL система может длительно работать с замкнутой на землю фазой, при этом напряжения во всех точках сети имеют те же значения, что и в системе с изолированной нейтралью. показателем эффективности компенсации является отношение количества замыканий на землю, не развившихся в КЗ, к общему числу замыканий. В компенсированных системах этот показатель составляет 0,6-0,9, а в системах с изолированной нейтралью 0,3. В системах с компенсацией емкостного тока на землю не требуется релейная защита от замыкания на землю, действующая на отключение линий, трансформаторов и генераторов, а также электродвигателей, подключенных непосредственно к сети, а достаточно установки избирательной сигнализации. Исключение составляют системы напряжением 3-35 кВ с повышенной опасностью обслуживания оборудования, в которых замыкания на землю должны избирательно отключаться. К ним относятся системы электроснабжения шахт, открытых горных разработок, торфяных разработок и др. компенсация емкостных токов обладает следующими выгодными для эксплуатации качествами: уменьшает ток через место повреждения до безопасного значения, обеспечивая этим надежное дугогашение; облегчает требования к ЗУ; снижает скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе, вследствие чего вероятность повторного зажигания дуги и возникновения коммутационных напряжений мала; при сохранении устойчивой дуги уменьшает вероятность перехода замыкания на землю в многофазное КЗ и др.

Системы с изолированной нейтралью и нейтралью, заземленной через реактор, относят к системам с малыми токами замыкания на землю (Iз<500 А).

Рассмотрим систему, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор (рисунок а)). Если I(L)=0, y1=y2=y3, Ua+Ub+Uc=0, то векторная диаграмма напряжений и токов системы с компенсацией емкостного тока на землю не отличается от векторной диаграммы для системы с изолированной нейтралью (рисунок в)). В случае однофазного замыкания на землю, например фазы А, токи и напряжения в фазах можно определить по формулам из статьи: Система с изолированной нейтралью.

Но при этом еще возникает индуктивный ток через реактор, который при ω*L >> r равен: I(L)=U(L) / (r+j*ω*L)=jUa / (ω*L), где U(L) — напряжение смещения нейтрали; r — активное сопротивление реактора. Тогда, пренебрегая емкостной асимметрией системы, результирующий тока замыкания на землю можно определить из выражения:
Iз = — (3*Ua) / (Zo+Z1+Z2) = -(Ia+Ib+Ic+I(L) = jUa*(3*ω*C — (1/ω*L)).

Как видно из векторной диаграммы, приведенной на рисунке б), векторы тока реактора I(L) и емкостного тока замыкания на землю Iз сдвинуты относительно друг друга на 180⁰. Поэтому при резонансной настройке реактора [ω*L = 1/(3*ω*С)] его индуктивный ток компенсирует емкостные токи фаз. Однако практически через место замыкания протекает незначительный ток, состоящий из активной и реактивной составляющих. Первая обусловлена активным сопротивлением реактора и системы, вторая — неточной настройкой реактора. Кроме того, этот ток может быть вызван короной на проводах, которая иногда возникает при повышенных в √3 раз напряжениях на неповрежденных фазах и может привести к увеличению емкостных токов и появлению дополнительных активных составляющих токов в фазах, а также токами высших гармоник.

При резонансной или близкой к ней настройке реактора исключается возможность существования устойчивой дуги, что является основным преимуществом рассматриваемого способа заземления нейтрали по сравнению с изолированной нейтралью. Амплитуда перенапряжений при такой настройке не превышает 2,6 Uф. Однако при расстройке компенсации более чем на ±5% перенапряжения в компенсированных системах принимают такие же значения, как и в системах с изолированной нейтралью. При невозможности достичь резонансной настройки предпочтительно иметь небольшую перекомпенсацию (I(L)>3Iс), так как недокомпенсация емкостного тока в аварийных случаях и при несимметрии емкостей фаз может привести к появлению перенапряжений более высокого порядка, чем в системах с изолированной нейтралью.

Эффективность компенсации во многом зависит от совершенства дугогасящих реакторов. Эффективность компенсации при неизменной настройке реактора составляет 0,6. а при использовании реактора с подмагничиванием и автоматической быстродействующей настройкой 0,9.

Дугогасящие реакторы необходимо устанавливать практически во всех системах напряжением 35 кВ, если ток замыкания составляет более 10 А, а также в системах напряжением 3-20 кВ, имеющих линии электропередачи с железобетонными и металлическими опорами с токами замыкания также более 10 А. Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах в системах, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: более 30 А при напряжении 3-6 кВ; более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении 15-20 кВ; более 5 А в схемах напряжением 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор (на генераторном напряжении). При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих дугогасящих реакторов. Реактор может быть включен в нейтраль одного работающего трансформатора, который при этом получает дополнительную нагрузку. Допускают включение реактора мощностью, равной 50 % мощности трансформатора, при условии, что он будет работать с наибольшим током компенсации не более 2 часов.

 

К недостаткам систем с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, можно отнести: повышенные капитальные затраты, вызываемые повышенными требованиями к уровню изоляции электроустановок; сложность эксплуатации из-за необходимости вести постоянное наблюдение за состоянием компенсации и трудности определения места повреждения, если оно не развивалось; возможность повышения напряжения неповрежденных фаз относительно земли более межфазного и существование перенапряжении, если нет точной настройки и дуга устойчива; повышение напряжения в системе при нормальном режиме и аварийном, если система обладает хотя бы небольшой несимметрией; увеличение капитальных затрат и эксплуатационных расходов в связи с установкой дугогасящих аппаратов по сравнению с системой с изолированной нейтралью.

 

От Aleksandr