Комплекс заземления нейтрали сети 35 кВ

                                           (1.6)

где j – фазовый угол напряжения в момент погасания дуги;

d – коэффициент затухания свободных колебаний.

Так как d мало и множитель  близок к единице, то при достаточно точной настройке (kн » 1) напряжение uв(t) нарастает медленно, так как w » w0.

Малый остаточный ток и малая скорость восстановления напряжения способствуют гашению тока дуги замыкания на землю, что очень важно при грозовых перекрытиях изоляции на линиях электропередачи. Самоликвидация грозовых перекрытий улучшает электрозащитные характеристики линий. Однако в тех случаях, когда самоликвидация дуги невозможна, как, например, в случаях пробоя или разрушения изоляторов, падения проводов на землю и т.д., дуга замыкания на землю не гаснет и может приобрести неустойчивый перемежающийся характер с повторными гашениями и зажиганиями. В этих случаях на емкостях неповрежденных фаз при очередном гашении дуги могут сохраниться остаточные заряды, приводящие к появлению напряжения смещения Uсм. Переход напряжения поврежденной фазы от нулевого значения к кривой Uсмcos(wt)+ Uфcos(wt) происходит в результате колебаний, при которых формируется первый максимум напряжения на дуге:

                                                                                   (1.7)

Дальнейшее нарастание напряжения в силу резонансной настройки заземляющего реактора происходит сравнительно медленно.

Повторное зажигание на поврежденной фазе при больших мгновенных значениях напряжения возможно, однако вероятность его возникновения мала. Это обусловлено тем, что должно произойти совпадение достаточно редких условий: устойчивое нарушение изоляции (например, обрыв или падение провода) и повторное зажигание в самый неблагоприятный момент времени, что сопровождается большими перенапряжениями на неповрежденных фазах.

Из изложенного следует, что необходимо стремиться к точной резонансной настройке дугогасящей катушки.

По установившейся практике электрические сети напряжением до 35 кВ включительно имеют незаземленную нейтраль. Если в такой сети произойдет дуговое замыкание на землю, то через дугу будет протекать емкостной ток, величина которого определяется рабочей емкостью всех трех фазах по всей сети.

Как известно из курса ТОЭ, ток замыкания в любой линейной сети можно определить, включая в месте замыкания источник напряжения, равного напряжению фазы до замыкания, т.е. Uф, и полагая все остальные источники напряжения нулевыми. Величины индуктивных сопротивлений, пренебрежимо малы по сравнению с емкостными. Емкостной ток замыкания на землю равен:

Iз = Uф3wСф                                                                                    (1.8)

где Сф – емкость фаз на землю.

Путем симметрирования фаз – транспозицией на линиях или на подстанциях добиваются равенства емкостей Сф всех трех фаз системы. Для воздушных линий удельный емкостной ток замыкания на землю, т.е. ток на 1 км линии и 1 кВ номинального напряжения, равен в среднем

ICуд = 3 мА/км×кВ.                                                                        (1.9)

Удельный ток в кабельных линиях лежит в пределах 60…250 мА/км×кВ в зависимости от сечения и напряжения кабеля. Большие цифры относятся к кабелям большего сечения и меньшего напряжения.

Если IС > IСпред, то возникает устойчивая дуга однофазного замыкания на землю, которая ведет к термическому разрушению изоляторов, пережогу провода и обычно перебрасывается на междуфазные промежутки, т.е. ведет к междуфазным коротким замыканиям с автоматическим отключением участка сети. По этой причине дуговые замыкания на землю стремятся погасить в начале их возникновения. Для этой цели служит дугогасящая катушка, включаемая в нейтраль трехфазной сети (рис. 1.6). Катушка настраивается в резонанс на суммарную емкость сети на землю (3Сф). Это означает, что индуктивность катушки должна примерно удовлетворять условию:

                                                                                    (1.10)

где w = 314 с–1, а w0 – круговая частота собственных колебаний;

Сф – емкость фазы по отношению к земле.

По определенному значению емкостных токов для сети выбирается мощность реактора:

Q = nICUф                                                                                       (1.11)

где n – коэффициент, учитывающий развитие сети в ближайшие 5 лет (n = 1,25).

Выбор мощности с большими запасами может привести к неполному использованию дугогасящих катушек и затруднить установку наиболее целесообразных настроек. Малые запасы мощности могут привести к необходимости работы сети при режимах недокомпенсации, при которых возможно появление опасных напряжений смещения нейтрали.

Мощности дугогасящих катушек выбираются такими, чтобы ступени токов компенсации ответвлений позволили устанавливать возможно полную компенсацию емкостного тока сети при возможных конфигурациях сети и отключениях отдельных линий.

При резистивном заземлении нейтрали ограничение перенапряжений при дуговых замыканиях осуществляется за счет разряда емкости здоровых фаз и снижения напряжения на нейтрали до значений, исключающих последующие пробои ослабленной изоляции аварийной фазы. Кроме того, практически исключаются опасные феррорезонансные явления, что в свою очередь так же приводит к повышению надежности рассматриваемых сетей.

Теоретические исследования показывают, что уменьшить величину дуговых перенапряжений и число замыканий на землю без значительного искусственного увеличения тока замыкания на землю можно за счет включения в нейтраль сети высокоомного резистора величиной от нескольких сотен Ом до нескольких кОм.

Высокоомный резистор с сопротивлением RN в нейтрали сети (как правило, в нейтрали специального вспомогательного трансформатора) обеспечивает стекание заряда за время, равное полупериоду промышленной частоты (Т=0,01 сек).

Включение резистора в нейтраль сети позволяет получить в месте повреждения активную составляющую тока, примерно равную емкостной:

IRN ≈ IС                                                                                                                                                        (1.12)

При этом суммарный ток замыкания на землю возрастает в √2 раз.

Емкостная составляющая тока замыкания на землю имеет вид:

Ic = 3ωCUф,                                                                                   (1.13)

где ω — круговая частота равная 2πf,

С — фазная емкость сети на землю,

Uф — фазное напряжение сети

Активная составляющая тока замыкания на землю равна:

IRN = Uф/RN,                                                                                   (1.14)

где RN — сопротивление резистора

Uф/RN = 3ωCUф                                                                             (1.15)

RN ≈ 1/(900 С)

Однако, выбор резистора для конкретной сети производится индивидуально. При этом в одних случаях по условию ограничения кратности дуговых перенапряжений до уровня (2,6-2,7)Uф активная составляющая замыкания на землю может быть в 1,5÷2 раза меньше емкостной составляющей. В других случаях для повышения селективности работы токовой защиты от замыкания на землю активная составляющая тока замыкания на землю может несколько превысить емкостную составляющую.

Что выбрать?

В России жесткие нормативные требования ПУЭ в отношении применения только изолированной нейтрали не позволяли до последнего времени использовать заземление нейтрали через резистор. Даже сейчас, после внесения изменений в ПУЭ, проектные институты продолжают закладывать в новые объекты старую идеологию. По-видимому, необходимы совместные усилия заказчиков, производителей оборудования и проектных институтов для изменения существующей ситуации.

В заключение следует отметить, что режим заземления нейтрали в сети среднего напряжения должен выбираться в каждом конкретном случае с учетом следующих факторов:

уровня емкостного тока сети;

допустимого тока однофазного замыкания, исходя из разрушений в месте повреждения;

безопасности персонала и посторонних лиц;

допустимости отключения однофазных замыканий с позиций непрерывности технологического цикла;

наличия резерва;

типа и характеристик используемых защит.

Выводы

Для различных режимов нейтрали необходимо очертить границы их применения.

Для определения преимуществ того или иного режима заземления нейтрали необходимо собрать достоверный статистический материал об уровнях перенапряжений при дуговых замыканиях на землю.

В сетях с компенсацией емкостного тока замыкания на землю необходимо применять плавнорегулируемые реакторы с микропроцессорными автоматическими регуляторами.

Необходимо предусмотреть резистивное заземление нейтрали электрических сетей 3-35 кВ.

2. Разработка рекомендаций по выбору режима нейтрали заданной сети 35 кВ.

2.1 Общая характеристика сети 35 кВ и её конструктивного исполнения.

На рисунке 2.1 представлена принципиальная однолинейная схема электроснабжения электроприемников 35 кВ первой и второй очереди литейно-прокатного завода.

Электроприемниками напряжением 35 кВ являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП) и сталеплавильные агрегаты «печь-ковш» (АПК). Структурно схема электроснабжения разделяется на 3 ступени:

1)                главная понизительная подстанция (ГПП) с установленными трансформаторами типа ТДНМ 63 МВА напряжением 110/35 кВ

2)                закрытое распределительное устройство 35 кВ (ЗРУ-35) выполненное ячейками с элегазовой изоляцией и вакуумными выключателями. В ЗРУ-35 установлены фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ2-ФКУ4) и статический тиристорный компенсатор реактивной мощности (СТК).

3)                Печные подстанции дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и агрегатов «печь-ковш» (ПС АПК).

Распределительная сеть напряжением 35 кВ выполнена кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг с медной токоведущей жилой (одножильные).

Сеть от трансформаторов ГПП до ЗРУ-35 кВ (линии Л1, Л2 на рис 2.1) выполнена двухцепной кабельной линией с использованием кабелей ПвВнг 1х185 с включением трех параллельных кабелей на фазу с прокладкой их в кабельном канале уложенных в треугольник как показано на рисунке 2.2. Иначе говоря, на одну кабельную линию необходимо 9 одножильных кабелей длиной L1 или L2 (обозначение кабельной линии ПвВнг-3Х3 (1х185)).

Сеть от ЗРУ-35 до подстанций дуговых сталеплавильных печей (ПС ДСП) также выполняется кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг с медной токоведущей жилой (линии L3-L6 рис 2.1).

Рис 2.2 Вид прокладки кабелей в земле

2.2 Определение емкостных токов замыкания на землю

Аналитический расчет величины токов замыкания «на землю» в разветвленных сетях не дает большой точности и чаще применяется как вспомогательный метод для получения , например, величин тока по каждому фидеру отдельно или по всей сети. При этом задача разбивается на ряд ступеней, каждая из которых может в последствии корректироваться.

Токи можно рассчитать если располагать емкостью сети, которая зависит от её конструкции и параметров:

В распределительных сетях используют 2 типа кабелей:

1) трехжильные кабели с поясной изоляцией.

2) трехжильные с заземленной металлической оболочкой вокруг каждого провода.

Емкость в плече эквивалентной звезды (рабочая емкость) для нормального режима для кабелей первого типа определяется по следующему уравнению

Сэ=С1э+3С12                                                                                    (2.1)

Где С1э-емкость на землю одной фазы; С12-емкость между проводами (междуфазная емкость)

Эти параметры определяются из решения системы уравнений описывающих емкостные связи в многопроводной системе.

Сумма трех статических емкостей на землю составляет 1,5-1,7 емкости эквивалентной звезды, то есть

3С=(1,5-1,7)Сэкв ,мкФ/км                                                               (2.2)

С= .Сэкв=(0,5-0,57)С+3(0,5-0,57)См, мкФ/км                       (2.3)

С=(3,0-3,97)См , мкФ/км                                                                (2.4)

Откуда: См=С=0,33С См=0,25С мкФ/км

Зарядный ток кабеля определяется следующей зависимостью:

Iзар=.ω.Сэкв.L.10-6                                                                                                                            (2.5)

Где L-длина кабельной линии, км.

Емкостной ток замыкания на землю

Ic=10-6. .ω.3С.L=10-6. .ω.(1,5-1,7)Сэкв.L , А/км или                 (2.6)

Ic=Uн.(272-308)Сэкв.L, А/км                                                            (2.7)

Однако, для воздушных ЛЭП можно воспользоваться формулами 2 для расчета емкостных токов замыкания на землю. В качестве примера по формуле (2.2) можно определить емкостной ток для ЛЭП различного напряжения

Ic= 

где Uн- номинальное напряжение воздушной ЛЭП, кВ ;

l-длина линии ;

Ic- ток замыкания на землю, А

Появившиеся в настоящее время кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена не охвачены этими справочными таблицами.

Для этих кабелей токи можно рассчитать располагая емкостями С1э и С12 , либо определить эти емкости опытным путем.

В кабелях второго типа (с заземленной оболочкой вокруг каждой жилы) нет других емкостей кроме емкостей на землю, которая определяется емкостью как бы цилиндрического конденсатора, определяемого по следующей зависимости:

С= , мкФ/км                                                                         (2.8)

где r,R радиус соответственно жилы проводника и экрана; ξ диэлектрическая проницаемость диэлектрика для бумажной изоляции (3,7-4), для полиэтиленовой (3,6-4)

С- емкость, мкФ/км.

Ток замыкания на землю такого кабеля определяется:

Ic=Uн.√3.ω.С.10-6, А/км или                                                            (2.9)

Ic=Uн.544.С.10-6, А/км                                                                    (2.10)

Где С- мкФ/км- удельная емкость фазы на землю.

Значения емкостей для кабелей из СПЭ с различными сечениями жил и номинальными напряжениями представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1

Емкость кабеля с изоляцией из СПЭ мкФ/км

Кабели с поясной изоляцией, когда три жилы симметрично расположены относительно свинцовой или алюминиевой заземленной оболочки, рассчитываются по методике как ЛЭП и по формуле 2.1

Чаще всего емкость определяют измерением. Для этого достаточно двух измерений. Приложив к выводам определенное напряжение переменного тока и сохраняя условия равновесия, можем получить по измеренному зарядному току эквивалентную емкость

Сэ1=С1е+2С12                                                                                                                                         (2.11)

Заземлив один из двух проводов, т.е. соединив со свинцовой оболочкой, получим ,что емкость можно измерить

С1*= С1е+ С12                                                                                                                                         (2.12)

Соединяя два провода вместе и подавая напряжение между ними и свинцовой оболочкой, находим непосредственное значение 2С12. Можно использовать и другие методы измерения.

Сумма трех статических емкостей на землю составляет 1,5-1,7 емкости эквивалентной звезды. Значения емкостей между фазами в кабельных сетях с трехфазными кабелями составляет приблизительно треть емкостей относительно земли С12=1/3С1е, а для воздушных сетей С12=0,2С1е.

Для наиболее распространенных трехжильных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией значение емкостных токов представлено в таблице 2.2

Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 и 10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя при внешнем ОЗЗ можно ориентировочно определить по следующим формулам

Страницы: 1, 2, 3, 4