Cálculo de la corriente capacitiva de defecto fase-tierra. En una falla de fase a tierra, llamada falla simple, la corriente está determinada solo por la capacitancia de la red. Las resistencias capacitivas de los elementos de la red superan significativamente sus resistencias inductivas y activas, lo que permite despreciar estas últimas al determinar la corriente. Considere la red trifásica más simple en la que se ha producido un cierre de fase simple PERO.

Corrientes de fase A y DE se definen de la siguiente manera:

Módulos de corrientes teniendo en cuenta supuestos.

se calculan como La corriente en la tierra está determinada por la suma geométrica de las corrientes: En cálculos prácticos, es posible una estimación aproximada de la magnitud de la corriente de falla a tierra de acuerdo con la fórmula donde sr.nom tu– tensión de fase nominal media del escalón; norte- coeficiente; yo- la longitud total de las líneas aéreas o de cable conectadas eléctricamente al punto de falla a tierra, km. Tal evaluación significa que la magnitud de la corriente de falla no depende de su ubicación y está determinada por la longitud total de las líneas de la red.

Compensación de corriente capacitiva de defecto fase-tierra.

En redes de 3–20 kV y una pequeña longitud de líneas aéreas y líneas de cable, la corriente de falla de fase a tierra es de varios amperios. El arco en este caso es inestable y se apaga solo. Por lo tanto, tales redes normalmente pueden operar en un modo de circuito simple. Un aumento en el voltaje y la longitud de la red conduce a un aumento en la corriente de falla a tierra: un arco en tales corrientes puede arder durante mucho tiempo, a menudo pasa a fases adyacentes, convirtiendo un circuito monofásico en uno de dos o dos. uno trifásico. La rápida eliminación del arco se consigue compensando la corriente de defecto a tierra poniendo a tierra el neutro a través del extintor de arco

La red consta de un transformador y una línea conectada a barras de tensión constante. Los componentes simétricos en el punto de falla a tierra se determinan asumiendo que la capacitancia total del circuito de secuencia cero excede significativamente su resistencia de las secuencias positiva y negativa, lo que nos permite aceptar .

61.1. En el esquema complejo ( b) se introducen simbólicamente las resistencias inductivas de línea y tr-ra de todas las secuencias, aunque se suponen nulas. Para limitar la corriente de un defecto a tierra simple, es necesario poner a tierra el neutro del transformador mediante una inductancia, cuyo valor se elige de forma que la resonancia de las corrientes se produzca en el circuito homopolar. En este caso, lo que conduce a la completa desaparición de la corriente de defecto a tierra. Despreciando las resistencias inductivas del transformador y la línea, encontramos que la resonancia ocurre en. Los reactores de extinción de arco tienen regulación escalonada de la inductancia. Con su ayuda, la corriente de falla monofásica se reduce diez veces, lo cual es suficiente para extinguir el arco en la falla.

En el funcionamiento normal de la red, siempre hay un ligero desplazamiento del neutro, es decir, el potencial neutro siempre es diferente de cero. Esto se debe a la asimetría de las fases de las líneas eléctricas, que no se puede eliminar en las redes de distribución. Pero cuando el reactor de extinción de arco se enciende en neutral, su potencial puede aumentar significativamente.

Según el PUE, el grado de asimetría de las capacidades en las fases con respecto al suelo no debe exceder el 0,75%. Una ligera desafinación del circuito resonante, que no provoque un deterioro de las condiciones de extinción del arco, es especialmente eficaz en redes que no tienen transposición. PUE no limita la duración de la red con un cierre de fase a tierra.

Nota explicativa.

Compensación de corrientes de falla a tierra capacitivas en redes de 6-35 kV.

Introducción. El tipo de daño más común (hasta el 95%) en redes de 6, 10, 35 kV son las fallas a tierra monofásicas (OSZ), acompañadas del flujo de corriente capacitiva a través de la falla y sobretensiones de alto pliegue en los elementos de la red. (motores, transformadores) en forma de transitorios de alta frecuencia. Tales impactos en la red conducen, en el mejor de los casos, a la actuación de protecciones de tierra. Encontrar una conexión dañada parece ser una tarea organizativa laboriosa y prolongada: la desconexión sucesiva de conexiones se retrasa durante mucho tiempo y va acompañada de un complejo de conmutación operativa para reservar consumidores. Y, como regla, la mayoría de los cortocircuitos de fase a fase comienzan con un OZZ. El desarrollo de fallas a tierra monofásicas va acompañado del calentamiento del sitio de la falla, la disipación de una gran cantidad de energía en el lugar del SPE y termina con el apagado del consumidor ya por la protección de la protección contra sobrecorriente cuando el SPE cambia a cortocircuito. Puede cambiar la situación utilizando una conexión a tierra neutra resonante.

Corrientes de cierre. En el caso de un SPE, una corriente capacitiva fluye a tierra a través del sitio del daño, debido a la presencia de capacitancia electrica entre las fases de red y tierra. La capacidad se concentra principalmente en líneas de cable, cuya longitud determina la corriente capacitiva total del SPE (aproximadamente 1 A de corriente capacitiva para 1 km de cable).

Tipos de OZZ. Todos los OZZ se dividen en sordos (metal) y arco. El tipo de ZFI más frecuente (95% de todas las ZFI) y más peligroso son las ZFI de arco. Describamos cada tipo de OZZ por separado.

1) desde el punto de vista de los niveles de sobretensión en los elementos de la red, las fallas a tierra metálicas son las más seguras (por ejemplo, un cable de una línea eléctrica aérea cae a tierra). En este caso, circula una corriente capacitiva por el lugar de la avería, que no va acompañada de grandes sobretensiones dadas las especificidades de este tipo de corriente de defecto.

2) una característica de los SPE de arco es la presencia de un arco eléctrico en el sitio de los SES, que es una fuente de oscilaciones de alta frecuencia que acompañan a cada SES.

Formas de suprimir las corrientes de la SPZ. Hay dos formas de suprimir las corrientes SPZ.

1) desconexión de una conexión dañada: este método se centra en la desconexión manual o automática (usando RPA). En este caso, el consumidor, de acuerdo con la categoría, se traslada a energía de respaldo o se quedó sin energía. No hay voltaje en la fase dañada, no hay corriente a través del sitio de avería.

2) compensación de la corriente capacitiva en el lugar del circuito por un reactor instalado en el neutro de la red, que tiene propiedades inductivas.

La esencia de la compensación de corrientes capacitivas del OZZ. Como se señaló, cuando la fase se cortocircuita a tierra (ruptura), una corriente capacitiva fluye a través del lugar de la SPZ. Esta corriente, en una inspección más cercana, se debe a las capacitancias de las dos fases restantes (intactas) cargadas hasta linea de voltaje. Las corrientes de estas fases, desplazadas entre sí por 60 grados eléctricos, se resumen en el punto de falla y tienen un valor triple de la corriente capacitiva de fase. A partir de aquí se determina el valor de la corriente de la SPZ por el lugar de la avería: . Esta corriente capacitiva puede ser compensada por la corriente inductiva del reactor de extinción de arco (ACR) instalado en el neutro de la red. En caso de falla en la red en el neutro de cualquier transformador conectado a ella, cuyos devanados estén conectados en estrella, aparece una tensión de fase que, si hay un terminal neutro conectado al devanado de alta tensión de el reactor L, inicia la corriente inductiva del reactor a través del sitio de ruptura. Esta corriente se dirige en dirección contraria a la corriente capacitiva del SPG y puede compensarla con un ajuste adecuado del reactor (Fig. 1)

Arroz. 1 Caminos para el paso de corrientes SPZ a través de elementos de red.

La necesidad de afinación automática en resonancia. Para lograr la máxima eficiencia del GDR, el circuito formado por la capacitancia de toda la red y la inductancia del reactor, el circuito de secuencia cero de la red (CNPS), debe estar sintonizado en resonancia a una frecuencia de red de 50 Hz. En las condiciones de conmutación constante en la red (encendido / apagado de los consumidores), la capacidad de la red cambia, lo que lleva a la necesidad de utilizar DGR y DGR continuamente ajustables. sistema automático compensación de corrientes capacitivas OZZ (ASKET). Por cierto, los reactores escalonados del tipo ZROM y otros utilizados actualmente se sintonizan manualmente, en función de los datos calculados sobre las corrientes capacitivas de la red y, por lo tanto, no proporcionan sintonización resonante.

El principio de funcionamiento de ASKET. KNPS está sintonizado en resonancia mediante un dispositivo de ajuste de compensación automática del tipo UARK.101M, que funciona según el principio de fase. Una señal de referencia (voltaje lineal) y una señal de 3Uo de un transformador de medición (por ejemplo, NTMI) se alimentan a la entrada de UARK.101M. Para el funcionamiento correcto y estable de ASKET, es necesario crear una asimetría artificial en la red, que se realiza mediante una fuente de excitación neutra (NVN), ya sea conectando un banco de condensadores de alto voltaje a una de las fases de la red. , o instalando un transformador asimétrico especial del tipo TMPS con VN incorporado (con capacidad de controlar la relación de transformación con resolución del 1,25% de la tensión de fase). En este último caso, el valor de voltaje 3Uo en el modo de resonancia y la estabilidad de la operación ASKET permanecen constantes cuando cambia la configuración de la red (ver las fórmulas a continuación). Se instala un DGR en el neutro del mismo transformador (por ejemplo, del tipo RDMR). Así, ASKET se representa como un sistema TMPS+RDMR+UARK.101M.

Sobre la relación de asimetrías naturales y artificiales. En una red con neutro aislado, la tensión en el triángulo abierto NTMI, teniendo en cuenta la relación de transformación, corresponde a tensión de asimetría natural. La magnitud y el ángulo de este voltaje son inestables y dependen de varios factores (climáticos,…..etc.), por lo tanto, para el correcto funcionamiento del ASKET, es necesario crear una señal más estable tanto en magnitud como en fase. Para ello, se introduce una fuente de excitación neutra en el KNPS ( fuente de asimetría artificial). Si usamos la terminología de la teoría Control automático, la asimetría artificial es una señal útil para controlar el KNPS, y la natural es una interferencia de la que es necesario desconectarse eligiendo el valor de la asimetría artificial. En redes con presencia de líneas de cable con una corriente capacitiva de 10 amperios o más, la cantidad de asimetría natural, por regla general, es muy pequeña. Cláusula 5.11.11. PTEESiS limita la magnitud del desequilibrio de tensión (natural + artificial) en redes que funcionan con compensación de corriente capacitiva al nivel del 0,75 % de la tensión de fase, y el grado máximo de desplazamiento del neutro a un nivel que no supera el 15 % de la tensión de fase. En un triángulo abierto NTMI, estos niveles corresponderán a los valores 3Uo = 0.75V y 15V. El máximo grado de desplazamiento del neutro es posible en modo resonancia (Fig. 2).

A continuación se muestran las fórmulas para calcular el voltaje 3Uo en modo de resonancia para dos formas de crear asimetría artificial:

1) en caso de utilizar condensador Co

,

donde es la frecuencia angular de la red, 314.16 s-1,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image006_44.gif" width="24" height="23 src=">- fase EMF, V,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image008_37.gif" width="29" height="27">- relación de transformación según 3Uo del transformador de medida, en la red de 6 kV - 60/ , en la red 10 kV - 100/http://pandia.ru/text/79/550/images/image010_32.gif" width="97" height="51">,

donde Kcm es el factor de polarización de la fase B conmutable del transformador especial.

De las fórmulas se puede ver que en el caso de usar un condensador Co, el valor de 3Uo en el punto de resonancia depende de la corriente capacitiva de la red (), y en el caso de usar un transformador asimétrico especial, no depender.

El valor mínimo 3Uo se selecciona en función de la condición de funcionamiento fiable del dispositivo UARK.101M y es de 5V.

Las fórmulas anteriores no tienen en cuenta la magnitud del voltaje de la asimetría natural de la red debido a sus pequeños valores..jpg" width="312" height="431">

Arroz. 3 Vectores de voltaje en una red puesta a tierra resonante

Conclusiones:

Compensación automática precisa de corriente capacitiva El SPZ es un medio de extinción de arco sin contacto y, en comparación con las redes que funcionan con un neutro aislado, con conexión a tierra resistiva, con compensación parcial, así como con un neutro conectado a tierra combinado, tiene las siguientes ventajas :

reduce la corriente a través de la falla a los valores mínimos (en el límite de los componentes activos y armónicos más altos), proporciona una extinción de arco confiable (evita la exposición prolongada a un arco de puesta a tierra) y seguridad en la propagación de corrientes en el suelo;

facilita los requisitos para los dispositivos de puesta a tierra;

limita las sobretensiones provenientes de corrientes de falla de arco a valores de 2,5-2,6 Uf (con un grado de desafinación de compensación de 0-5%), seguro para aislar equipos y líneas en operación;

reduce significativamente la tasa de recuperación de voltajes en la fase dañada, contribuye a la restauración de las propiedades dieléctricas del sitio de falla en la red después de cada extinción del arco intermitente de puesta a tierra;

evita picos de potencia reactiva en las fuentes de energía durante fallas de arco, lo que preserva la calidad de la electricidad para los consumidores;

previene el desarrollo de procesos ferrorresonantes en la red (en particular, desplazamientos espontáneos del neutro), si se cumplen restricciones en cuanto al uso de fusibles en las líneas eléctricas;

elimina las restricciones en la estabilidad estática al transmitir energía a través de líneas eléctricas.

Al compensar las corrientes capacitivas, las redes aéreas y de cable pueden funcionar durante mucho tiempo con una fase en cortocircuito a tierra.

Literatura:

1. Likhachev a tierra en redes con neutro aislado y con compensación de corrientes capacitivas. M.: Energía, 1971. - 152 p.

2. Obabkov de sistemas de control adaptativo para objetos resonantes. Kyiv: Naukova Dumka, 1993. - 254 p.

3. Fishman V. Métodos de puesta a tierra del neutro en redes de 6-35 kV. El punto de vista del diseñador. Noticias de Ingeniería Eléctrica, №2, 2008

4. Reglas operación técnica centrales eléctricas y redes Federación Rusa. Edición del RD 34.20.501. Moscú, 1996.

Ingeniero jefe

Arroz. 2 Ejemplos de características resonantes de KNPS

Arroz. 4 Respuesta de una red puesta a tierra resonante a una falla de arco

Las redes eléctricas pueden trabajar con puesta a tierra o transformadores y generadores con neutro aislado. Las redes de 6, 10 y 35 kV operan con transformadores de neutro aislado. Las redes de 660, 380 y 220 V pueden funcionar tanto con neutro aislado como puesto a tierra. Las más habituales son las redes de cuatro hilos 380/220, que, de acuerdo con los requisitos, deben tener neutro puesto a tierra.

Considerar redes con neutro aislado. La figura 1a muestra un diagrama de dicha red. corriente trifásica. El devanado se muestra conectado en estrella, sin embargo, todo lo dicho a continuación también se aplica al caso de una conexión del devanado secundario en triángulo.

Arroz. 1. Esquema de una red de corriente trifásica con neutro aislado (a). Defecto a tierra en una red con neutro aislado (b).

No importa cuán bueno sea el aislamiento de la tierra de las partes de la red que llevan corriente, sin embargo, los conductores de la red siempre tienen una conexión con la tierra. Esta conexión es de dos tipos.

1. El aislamiento de las partes vivas tiene cierta resistencia (o conductividad) a tierra, generalmente expresada en megaohmios. Esto significa que una corriente de cierta magnitud pasa a través del aislamiento de los conductores y la tierra. Con un buen aislamiento, esta corriente es muy pequeña.

Supongamos, por ejemplo, que entre el conductor de una fase de la red y tierra, el voltaje es de 220 V, y la resistencia de aislamiento de este cable medida por un megóhmetro es de 0,5 MΩ. Esto significa que la corriente a tierra 220 de esta fase es 220 / (0,5 x 1000000) = 0,00044 A o 0,44 mA. Esta corriente se llama corriente de fuga.

Convencionalmente, para mayor claridad, en el diagrama de resistencia de aislamiento de las tres fases r1, r2, r3 se muestran como resistencias, cada una conectada a un punto del cable. De hecho, las corrientes de fuga en una red de trabajo se distribuyen uniformemente a lo largo de los cables, en cada sección de la red se cierran a tierra y su suma (geométrica, es decir, teniendo en cuenta el cambio de fase) es cero.

2. La conexión del segundo tipo está formada por la capacidad de los conductores de la red en relación con la tierra.¿Qué significa?

Cada conductor de la red y la tierra se pueden considerar como dos. En las líneas aéreas, el conductor y la tierra son, por así decirlo, las placas de un capacitor, y el aire entre ellos es un dieléctrico. En las líneas de cable, las placas del condensador son el núcleo del cable y la cubierta metálica conectada a tierra, y el aislamiento es el dieléctrico.

A voltaje de corriente alterna un cambio en las cargas de los condensadores provoca la aparición y el paso de corrientes alternas a través de los condensadores. Estas llamadas corrientes capacitivas en una red de trabajo se distribuyen uniformemente a lo largo de los cables y en cada sección individual también se cierran a tierra. En la fig. 1, y las resistencias de las capacidades de las tres fases a tierra x1, x2, x3 se muestran convencionalmente conectadas cada una a un punto de la red. Cuanto más larga sea la red, mayores serán las corrientes de fuga y las corrientes capacitivas.

Veamos qué sucede en la red que se muestra en la Figura 1, si en una de las fases (por ejemplo, A) sucede falla a tierra, es decir, el cable de esta fase estará conectado a tierra a través de una resistencia relativamente pequeña. Tal caso se muestra en la Figura 1b. Dado que la resistencia entre el cable de la fase A y la tierra es pequeña, las resistencias de fuga y de capacitancia de tierra de esta fase son derivadas por la resistencia de falla a tierra. Ahora, bajo la influencia del voltaje de línea de la red UB, las corrientes de fuga y las corrientes capacitivas de dos fases útiles pasarán a través de la falla y la tierra. Las rutas actuales se muestran mediante flechas en la figura.

El cortocircuito que se muestra en la Figura 1,b se denomina falla a tierra monofásica y la corriente de emergencia que se produce en este caso es corriente de falla monofásica.

Imagine ahora que un cortocircuito monofásico debido a daños en el aislamiento no se produce directamente a tierra, sino al cuerpo de algún receptor eléctrico: un motor eléctrico, un aparato eléctrico o una estructura metálica a lo largo de la cual cables eléctricos(Figura 2). Tal cierre se llama cierre del cuerpo. Si al mismo tiempo la carcasa del receptor de energía o la estructura no están conectadas a tierra, entonces adquieren el potencial de la fase de la red o cerca de ella.

Arroz. 2.

Tocar el cuerpo es equivalente a tocar la fase. Se forma un circuito cerrado a través del cuerpo humano, sus zapatos, piso, tierra, resistencias de fuga y capacitancias de las fases útiles (por simplicidad, las capacitancias no se muestran en la Fig. 2).

La corriente en este circuito depende de su resistencia y puede causar lesiones graves o causar la muerte a una persona.

Arroz. 3. Una persona que toca un conductor en una red con un neutro aislado en presencia de una falla a tierra en la red

De lo dicho se deduce que para que la corriente atraviese la tierra es necesario un circuito cerrado (a veces se imagina que la corriente "va a tierra" - esto no es cierto). En redes con voltaje de neutro aislado de hasta 1000 V, las corrientes de fuga y las corrientes capacitivas suelen ser pequeñas. Dependen del estado de aislamiento y de la longitud de la red. Incluso en una red ramificada, están dentro de unos pocos amperios o menos. Por lo tanto, estas corrientes generalmente no son suficientes para derretir los fusibles o disparar.

A voltajes superiores a 1000 V, las corrientes capacitivas son de importancia primordial, pueden alcanzar varias decenas de amperios (si no se proporciona su compensación). Sin embargo, en estas redes no suele utilizarse la desconexión de las secciones dañadas durante los cortocircuitos monofásicos para no crear interrupciones en el suministro eléctrico.

De este modo, en una red con un neutro aislado en presencia de un cortocircuito monofásico (que está señalado por dispositivos de monitoreo de aislamiento), los receptores de energía continúan funcionando. Esto es posible, ya que durante los cortocircuitos monofásicos, el voltaje lineal (fase a fase) no cambia y todos los receptores eléctricos reciben energía de manera ininterrumpida. Pero con cualquier cortocircuito monofásico en una red con neutro aislado, las tensiones de las fases no dañadas con respecto a tierra aumentan a lineales, y esto contribuye a que se produzca un segundo defecto a tierra en otra fase. El doble defecto a tierra resultante crea un grave peligro para las personas. Por lo tanto, cualquier una red con un cortocircuito monofásico debe considerarse en estado de emergencia, ya que las condiciones generales de seguridad en este estado de la red se deterioran considerablemente.

Así, la presencia de "tierra" aumenta el peligro al tocar partes vivas. Esto se puede ver, por ejemplo, en la Figura 3, que muestra el paso de la corriente de lesión al tocar accidentalmente el cable portador de corriente de la fase A y la "tierra" no reparada en la fase C. En este caso, la persona está expuesta a la tensión de línea de la red. Por lo tanto, los cortocircuitos monofásicos a tierra o al marco deben eliminarse lo antes posible.

Las redes eléctricas con una tensión de 6 - 10 kV funcionan, dependiendo de la intensidad de la corriente de falla a tierra, con un neutro aislado o conectado a tierra a través de bobinas de extinción de arco.

A corrientes de falla a tierra en redes de 6 kV más de 30 A y en redes de 10 kV más de 20 A, según el PUE, el neutro debe estar puesto a tierra mediante bobinas supresoras de arco para compensar estas corrientes. La ventaja de tal sistema de operación es que en caso de falla a tierra monofásica, los receptores de energía continúan operando normalmente y, por lo tanto, el suministro de energía a los consumidores no se ve afectado.

Las redes de cable urbano, que tienen una longitud importante, tienen gran capacidad, ya que el propio cable es una especie de condensador. Por lo tanto, cuando aparece un cortocircuito monofásico en una red de este tipo, la corriente de falla a tierra en el lugar de la falla puede alcanzar decenas o incluso cientos de amperios.

Con tales corrientes, el aislamiento del cable en el punto de daño se destruye rápidamente y una falla a tierra monofásica se convierte en un cortocircuito bifásico y trifásico, lo que hace que el interruptor apague la sección de la red, es decir, un corte en el suministro de energía a los consumidores. Una falla a tierra estable en una red con un neutro aislado no ocurre inmediatamente, sino primero en forma de arco “intermitente”. En el momento en que la corriente pasa por cero, el arco se detiene y luego reaparece. Este fenómeno va acompañado de un peligroso aumento de la tensión a tierra en las fases que no están en falta y puede provocar fallos de aislamiento en otras partes de la red.

Para que el arco que se produce en el lugar de la falta se apague, es necesario compensar la corriente capacitiva de falta a tierra, para lo cual se conecta una bobina inductiva de puesta a tierra-extintora de arco en el punto cero de la red.

La bobina es un devanado con un circuito magnético de hierro, colocado en una carcasa llena de aceite. El devanado principal de la bobina de extinción de arco tiene derivaciones para cinco corrientes para que se pueda ajustar la corriente inductiva. Además del devanado principal, la bobina tiene un devanado de señal de voltaje, al que está conectado un voltímetro registrador, a partir de cuyas lecturas es posible determinar el voltaje de secuencia cero durante el funcionamiento de la bobina. Uno de los terminales del devanado principal de la bobina de extinción de arco está conectado al punto cero del devanado mayor voltaje un transformador que tiene un esquema de conexión de devanado estrella-cero-triángulo, o que usa un transformador de puesta a tierra especial, y la otra salida del devanado principal está conectada a tierra.

Normalmente transformadores de puesta a tierra se utilizan no solo para conectar la bobina de extinción del arco, sino también para alimentar la carga de las necesidades propias de la subestación; en este caso, se instala un transformador de puesta a tierra en el centro de potencia. La instalación de un dispositivo de compensación también se puede realizar en la red. La potencia del transformador de puesta a tierra está determinada por la intensidad de corriente de la bobina y la carga auxiliar de la subestación de la CPU. El circuito de conmutación de la bobina de extinción de arco se muestra en la siguiente figura.

1 - transformador de puesta a tierra, 2 - interruptor,

3 - devanado de señal de voltaje con un voltímetro,

4 - bobina de extinción de arco, 5 - transformador de corriente, 6 - amperímetro,

7 - relé de corriente, 8 - alarma de sonido y luz

En modo normal en la red, el potencial del punto neutro del transformador es cero y no pasa corriente por la bobina.En caso de falla a tierra de cualquier fase de la red, el punto neutro del transformador recibe potencial y el bobina genera una corriente inductiva que se atrasa el voltaje en 90 °. La corriente de tierra capacitiva que fluye en la falla se adelanta al voltaje en 90°. En el lugar del daño, se produce una compensación mutua de las corrientes capacitivas e inductivas, ya que están desfasadas 180 ° y el arco en el lugar del daño no se produce o, al surgir, se apaga rápidamente.

Para controlar el funcionamiento de la bobina de extinción de arco 4, se incluye en su circuito un transformador de corriente 5, para devanado secundario a los que se conectan un amperímetro 6 y relés de corriente para medir la corriente de tierra y suministrar señales 8 sonoras y luminosas al personal de guardia. En ausencia de personal de turno en la UCP, se utilizan dispositivos telemecánicos para transmitir una señal al despachador de red de turno.

bobina de extinción de arco seleccionado y ajustado de forma que su corriente sea de 20 a 25 A menor que la corriente capacitiva de tierra, mientras se produzca una compensación insuficiente de la corriente capacitiva, necesaria para el correcto funcionamiento de la alarma de defecto a tierra. Una corriente residual de 30 A para redes de 6 kV y de 20 A para redes de 10 kV es aceptable y no causa mucho daño en el lugar de la falla.

Actualmente muy utilizado bobinas de extinción de arco con ajuste automático continuo. Cuando ocurre un cortocircuito monofásico en la red, tales bobinas de arco generan una corriente inductiva y seleccionan automáticamente su valor, que es necesario para compensar la corriente capacitiva resultante.

Publicado el 05/07/2011 (válido hasta el 18/07/2013)

Como señalan muchos de nuestros lectores, especialmente especialistas en organizaciones de diseño, en la literatura técnica rusa disponible no hay recomendaciones específicas sobre la elección de la protección contra fallas a tierra (EPF) y no existen métodos modernos para calcular la configuración. Por lo tanto, los materiales sobre este tema son de gran interés.

Alexey Shalin, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor, Departamento de Centrales Eléctricas, Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk

En el número anterior de la revista ("Electrical Engineering News" No. 4 (34) 2005), se publicó un artículo de Aleksey Ivanovich Shalin, en el que se dio un ejemplo de cálculo de la configuración de la protección de falla a tierra que responde a la secuencia cero. Voltaje.

Acerca de los valores del factor de proyección

En las recomendaciones de los autores sobre el cálculo de los ajustes de la protección de corriente no direccional de la secuencia cero de la falla a tierra se dieron. De estas recomendaciones se desprende que los expertos difieren significativamente en sus opiniones respecto a valores tan fundamentales para el cálculo como el coeficiente de tiro, el coeficiente de sensibilidad normalizado, etc.

En un comentario sobre Sergey Titenkov, afirma que el factor de sobretensión utilizado en los cálculos, que depende principalmente de la corriente de secuencia cero de alta frecuencia que se produce durante la descarga de la capacitancia de la fase dañada del circuito y la carga de la capacidades de las fases no dañadas, no disminuye con la puesta a tierra resistiva del neutro de la red. Esto está determinado, en particular, por el hecho de que esta resistencia en redes de 6 a 10 kV está incluida en el circuito de un transformador neutro de baja potencia.

Como suele ser el caso en la realidad, cualquier declaración en particular tiene sus propios "límites verdaderos". Si estamos hablando de resistencias instaladas en el neutro de los neutros (el neutro es una bobina de choque trifásica con una conexión en zigzag) de acuerdo con, entonces esta opinión es absolutamente correcta en la mayoría de los casos. Según el primer armónico reactancia inductiva neutro con una potencia de 63 kVA a un voltaje de 10 kV es de 96 ohmios. De acuerdo con 10–20 armónicos, que están presentes en el proceso de recarga de capacitancia durante SGL, esta resistencia aumentará a 960–1920 Ohm, y con una resistencia de resistencia del orden de 100–150 Ohm, la resistencia total del “neutralizador - La cadena de resistencia de puesta a tierra será casi completamente inductiva. Como resultado, de acuerdo con la opinión de Sergey Titenkov, la resistencia de puesta a tierra prácticamente no tendrá ningún efecto sobre las corrientes de recarga de las capacitancias y, por lo tanto, no afectará el coeficiente de sobretensión.

A una tensión de 35 kV, tres devanados. transformadores de poder generalmente tienen un neutro eliminado. Una resistencia de puesta a tierra está conectada a este circuito neutral. En este caso, sería un error decir que esta resistencia no afecta las corrientes de recarga.

Sobre el retraso de tiempo

Consideremos esta pregunta usando el ejemplo del circuito dado en. Aquí, el transformador de alimentación con un voltaje de 35 kV tiene una capacidad de 10 MVA. De ella se alimenta una línea aérea de transmisión, que luego se divide en dos circuitos, cada uno de los cuales alimenta su propio transformador con una potencia de 4 MVA con un esquema de conexión del devanado primario en estrella sin neutro. Para reducir el nivel de sobretensión en el neutro de los transformadores se incluyen resistencias de puesta a tierra. El uso de resistencias de puesta a tierra en la red le permite aumentar la efectividad de la protección, pero al mismo tiempo, se debe revisar la metodología para elegir su configuración.

De acuerdo con la corriente de disparo de la protección contra SPZ, ISZ en una red con un neutro aislado en presencia de un transformador de corriente homopolar se selecciona de la siguiente condición:

donde k n \u003d 1.2 (factor de confiabilidad);

k br es el factor de sobretensión, teniendo en cuenta la sobretensión de corriente capacitiva en el momento de la ocurrencia de la falla, así como la capacidad del relé para responder a ella;

I s.fid.max - corriente capacitiva máxima del alimentador protegido.

De acuerdo con para la protección instantánea contra SPE, el valor del producto k n k br = 4 ... 5 debe tenerse en cuenta en los cálculos. Para protecciones con retardo de tiempo, con posibilidad de arco intermitente, kн kbr = 2,5. Aparentemente, estos valores son los recomendados por el autor para los relés de protección domésticos tradicionales, incluido el RTZ-51.

En él se propone considerar k n \u003d 1.2, k br \u003d 3 ... 5 (en relación con los relés de tipos antiguos). Para el relé RTZ-51 se recomienda tomar k br = 2…3. En este caso, se propone realizar la protección sin retardo de tiempo. “Cuando se utilizan relés digitales modernos para protección contra cortocircuitos, por ejemplo, la serie SPACOM, incluido SPAC-800 ..., puede tomar los valores k br = 1 ... 1.5 (se debe verificar con el fabricante )”.

En mi opinión, siempre que sea posible, es mejor utilizar la protección de retardo de tiempo contra los EPB. Esto permite garantizar la selectividad para dos o más líneas eléctricas conectadas en serie, utilizar un valor más bajo del factor de sobretensión en los cálculos, evitar falsas desconexiones de líneas no dañadas después de desconectar una línea dañada (debido a fenómenos de ferroresonancia asociados con la tensión). transformadores de medida), etc. d.

En algunas industrias (minas, canteras, etc.) existen documentos normativos que exigen el cierre inmediato de la OPP. Allí es necesario usar protección instantánea contra OZZ.

Determinación de corrientes capacitivas

Se recomienda el valor de I s.fid.max \u003d I CS para redes con neutro aislado, por ejemplo, para determinar de la siguiente manera:

para redes de cable

para redes con líneas eléctricas aéreas

donde U es la tensión nominal de la red (kV);

S es la longitud total de las líneas (km).

La corriente capacitiva total de la red se define como la suma de los componentes descritos anteriormente para todas las líneas de la red conectadas galvánicamente.

Más precisamente, el valor de la corriente capacitiva I s.fid.max líneas eléctricas se puede calcular utilizando, por ejemplo, datos sobre corrientes capacitivas específicas en líneas eléctricas aéreas y de cable, dadas en. Sin embargo, también se observa allí que el valor de la corriente capacitiva, determinada por (2), (3), puede dar un error del orden del 40-80% en comparación con la corriente real medida durante la corriente de falla en la red. . Una de las razones es no tener en cuenta las capacidades relativas a tierra de los consumidores de electricidad, por ejemplo, motores, así como el diseño líneas de alta tensión(tipo de poste, con o sin toma de tierra), etc.

(4)

donde U f - voltaje de fase (kV);

w = 2pf = 314 (rad/s);

C S - capacidad de una fase de la red en relación con el suelo (F).

(5)

donde c i es la capacitancia específica por fase de la i-ésima línea (F/km);

l i - longitud de la i-ésima línea (km);

m es el número de líneas (cable, aéreo con y sin cable de tierra);

c j - capacitancia por fase del j-ésimo elemento de red (F);

q j - el número de elementos de red considerados, excepto las líneas eléctricas (por ejemplo, motores);

n es el número total de dichos elementos.

(6)

donde S nom es la potencia aparente nominal del motor (MVA);

U nom - tensión nominal del motor (kV).

Para otros tipos de motores eléctricos

(7)

donde n nom es la velocidad nominal del rotor (rpm).

Como se ha señalado anteriormente, las corrientes capacitivas calculadas de la red suelen diferir de las reales, que solo pueden determinarse midiendo en la instalación. Sin embargo, el proceso de medición de la corriente capacitiva, además de las dificultades técnicas, también está asociado con cierta incertidumbre metodológica. La experiencia demuestra que en muchas instalaciones en la composición de la corriente capacitiva de la red, incluso con un SPE metálico, no solo hay componentes de frecuencia industrial, sino también corrientes significativas de armónicos más altos.

Medir el valor total de la corriente, por ejemplo, usando instrumentos tradicionales diseñados para medir corrientes de frecuencia industrial, está asociado con errores significativos. En realidad, se observaron errores del orden del 30% (incluso en el sentido de disminuir las corrientes medidas con respecto a la calculada). Más precisamente, la corriente capacitiva de la red se puede medir mediante gráficos de osciloscopio, seguido de descomposición en componentes armónicos.

Corrientes de secuencia cero en redes con puesta a tierra resistiva

Si hay varias resistencias de puesta a tierra en la red con un OZZ externo, la corriente activa I IR también puede fluir a través de la protección. En este caso, en lugar de I s.fid.max en (1) es necesario sustituir

La sensibilidad se comprueba por el valor del coeficiente k h:

(9)

donde k h.norms - coeficiente de sensibilidad normalizado;

PROTEJO - corriente en la protección de una línea eléctrica dañada.

En redes e instalaciones puestas a tierra resistivas

donde I"CS es la corriente capacitiva total de la red menos la corriente capacitiva del alimentador protegido;

I R es la corriente de la resistencia de puesta a tierra que fluye a través de la protección de una conexión dañada. En se demostró que al proteger contra OZZ titulares es peligroso usar los valores del coeficiente de sensibilidad estándar recomendado en los valores debido a la posibilidad de que se forme una gran resistencia transitoria en el lugar de la SPZ y la falla de la protección por este motivo. También se dieron recomendaciones sobre la verificación de la sensibilidad de la protección en este caso.

Corrientes en modos transitorios

En la actualidad, la cuestión de cuál debe ser el valor del coeficiente k br al instalar una resistencia de puesta a tierra en la red neutra está poco estudiada. Hay dos opiniones al respecto:

El valor de k br debe ser el mismo que en redes sin resistencias de puesta a tierra;

El valor de k br debe tomarse menor que en el caso anterior.

Se sabe que k br depende, en particular, de la relación entre la corriente máxima de recarga de las capacidades de la red (corrientes de descarga para las capacidades de la fase dañada y recarga de las capacidades de las fases “sanas”) y el valor de la corriente capacitiva de la conexión protegida en la protección de cortocircuito externo de estado estable. En la fig. En la Figura 1 se muestra un oscilograma de la corriente homopolar 3I0 en el proceso transitorio del SPE en una de las conexiones de la red eléctrica descrita en, la corriente total del SPE en la cual es de 19 A. El oscilograma corresponde al re- encendido de un arco intermitente en la red donde no hay resistencias de puesta a tierra. El valor máximo de la corriente transitoria fue de 138 A, el valor de amplitud de la corriente constante 3I0 es de 16 A. Denotando la relación entre la corriente máxima y la amplitud de estado estable como k max , obtenemos k max = 8.62 para el caso bajo consideración.

Instalando una resistencia de puesta a tierra con una resistencia de 2 kOhm en el neutro del transformador de alimentación (la corriente de la resistencia en el OZZ es de 10 A, es decir, 0,53 de la corriente capacitiva total de la red), obtenemos k max = 1,3 para la misma conexión, es decir k max disminuyó en más de 6,5 veces. Un aumento en la resistencia de la resistencia conduce a un aumento en k max (dentro de los límites en este caso hasta 8,62). Si se instalan varias resistencias de puesta a tierra en la red y la corriente activa de una de ellas fluye a través de la conexión en cuestión con una corriente de falla externa, esto conduce a una ligera disminución en el valor de k max, ya que la corriente constante 3I0 en el aumentos de conexión considerados.

De lo que se ha descrito, está claro que el valor de k br en este caso puede tomarse más bajo que en ausencia de resistencias de puesta a tierra, y el grado de reducción de k br depende de la resistencia de la resistencia. Otro método de conexión a tierra se describe en, diseñado para garantizar la operación efectiva de la protección selectiva contra fallas a tierra en redes de 6–10 kV (Fig. 2). En este caso, no se instala un transformador neutro.

Cuando aparece un voltaje de secuencia cero en la red, lo que indica que se ha producido una falla a tierra, un interruptor especial entre cada fase y tierra activa su propia resistencia de puesta a tierra. En este caso, se forman corrientes de defecto a tierra activas, adecuadas para la detección selectiva de una conexión defectuosa.

Para limitar las sobretensiones que pueden ocurrir en la red antes de que se enciendan las resistencias de puesta a tierra, se planea instalar pararrayos en las barras colectoras. Su estabilidad térmica debe garantizarse durante un tiempo hasta que las resistencias de puesta a tierra se enciendan y la protección del relé detecte la conexión dañada. Habiendo funcionado, la protección del relé desconecta la conexión dañada, luego de lo cual se desconectan las resistencias de puesta a tierra. Las resistencias de puesta a tierra son de baja potencia, absorbentes de calor, con un tiempo de estabilidad térmica del orden de 10 a 20 segundos.

Ejemplo de distribución de corriente

En la fig. 3 muestra la distribución de corrientes en circuitos de circuito.

Al construir la figura, se hicieron las suposiciones de que:

- las capacidades de las fases de la línea de transmisión de energía con respecto a tierra son muchas veces mayores que las capacidades de los demás elementos del circuito;

Las fugas a través de los transformadores de tensión pueden despreciarse;

La corriente activa en el aislamiento de fase con respecto a tierra es despreciable;

La resistencia de las líneas eléctricas y los devanados del transformador es despreciable.

En el diagrama de la Fig. 3 no muestra los dispositivos de conmutación ni los pararrayos. Aquí Tr es el transformador de alimentación; PTL1 - PTL, en el que ocurrió un cortocircuito de fase a tierra; PTL2 - línea de transmisión de energía intacta (o un grupo de tales líneas); R1 - resistencias de puesta a tierra.

La figura muestra que las corrientes activas de las resistencias de puesta a tierra se cierran a través del transformador de alimentación Tr y la fase dañada de la línea de transmisión de energía1. Como resultado, la suma de las corrientes activas de las resistencias de las fases intactas y la corriente capacitiva de la línea de transmisión de energía intacta fluye para proteger la línea de transmisión de energía dañada. Solo la corriente capacitiva de esta línea eléctrica fluye a través de la protección de una línea de transmisión intacta.

El método de puesta a tierra resistivo descrito anteriormente se implementó en tres subestaciones de las zonas de distribución de Khanty-Mansiysk de Nefteyugansk redes electricas. La experiencia operativa disponible hasta la fecha confirma la alta eficiencia de una solución técnica de este tipo. En el caso de este esquema, como muestran nuestros estudios, las resistencias de puesta a tierra también reducen el valor de kmax y, por lo tanto, kbr. Al mismo tiempo, para lograr el mismo efecto de la resistencia del resistor en los circuitos de la Fig. 2, 3 debe tomarse 3 veces más grande que cuando se conecta una resistencia de puesta a tierra, por ejemplo, al neutro de un transformador de potencia.

Arroz. 1. Oscilograma de la corriente homopolar en el proceso transitorio de una falta a tierra monofásica en una red de 35 kV

Arroz. 2. Inclusión de resistencias de puesta a tierra entre fases y tierra en caso de defecto a tierra

Arroz. 3. Distribución de corrientes en circuitos de circuito.

Los estudios realizados nos permiten sacar la siguiente conclusión: el uso de resistencias de puesta a tierra sin neutralizadores conduce a la posibilidad de reducir el valor de kbr. El uso de neutralizantes reduce significativamente este efecto, en la mayoría de los casos prácticamente reduciéndolo a cero.

En consecuencia, al conectar resistencias de puesta a tierra a través de neutros, se deben tomar los valores del coeficiente de tiro kbr, como para una red con neutro aislado, de acuerdo con las recomendaciones.

Cuando enciende las resistencias de puesta a tierra de acuerdo con los esquemas descritos anteriormente sin el uso de neutralizadores, los valores calculados de kbr pueden reducirse. Si la corriente de la resistencia de puesta a tierra es aproximadamente igual a la corriente capacitiva total de la red (como se recomienda para una supresión de sobretensiones óptima), los valores de los factores de sobretensión de acuerdo con pueden tomarse en el nivel de 1.2-1.3.

Si la resistencia de las resistencias de puesta a tierra es significativamente mayor que la capacitancia tres fases redes (como suele ser el caso de grandes valores de corriente capacitiva), el valor de k br puede tomarse igual que para redes con un neutro aislado o determinarse después de cálculos adicionales de las corrientes transitorias de OZZ.

En una de las características se describió la quema de arco en cables domésticos con aislamiento de papel-aceite. Se trataba del hecho de que en la etapa inicial de la SPZ, el encendido de un arco en dicho cable conduce a la descomposición de la impregnación de colofonia de aceite y la liberación de una cantidad significativa de gases que apagan el arco resultante. Hasta que los gases formados "salieron" en lados diferentes desde el lugar del arco entre las capas de papel, el arco no se quema. Al mismo tiempo, debido a la “pausa” resultante en la corriente de secuencia cero, la protección contra SPGF, que tiene un retardo de tiempo, puede dejar de operar. La razón es que durante la pausa sin corriente, el elemento actual vuelve a su estado original y el elemento de retardo de tiempo, al "no contar" el retardo de tiempo establecido, también vuelve a su estado original.

Para evitar tales fallas de protección contra SPD, en algunas protecciones importadas (así como en la protección de la unidad de producción conjunta de la Universidad Técnica Estatal de Novosibirsk y PNP BOLID LLC) existe la opción de recordar el hecho de iniciar la protección. Si hubo un "picoteo" del órgano actual, entonces este hecho se recuerda por un tiempo de hasta 0,3 s, y cuando se repite el "picoteo", la protección funciona para apagarse. Para tales protecciones, aunque exista una resistencia de puesta a tierra en la red, se recomienda tomar un valor aumentado de kbr, por ejemplo, igual a 1,5.

Alcance de las protecciones no direccionales

En general, la protección de corriente no direccional contra SPGF puede ser efectiva solo en instalaciones con un gran número de conexiones conectadas a la sección, cada una de las cuales tiene una pequeña corriente capacitiva. Entonces, la desafinación de esta corriente de acuerdo con (1) no conducirá a una disminución inaceptable de la sensibilidad. Este caso es típico, por ejemplo, para talleres de empresas con una gran cantidad de motores eléctricos de baja potencia conectados a través de cables cortos.

Si se instala un reactor de extinción de arco en una red de este tipo, entonces para garantizar acción efectiva Es conveniente conectar una resistencia de puesta a tierra en paralelo con este reactor, y la corriente que fluye a través de la resistencia en el caso de un SPE debe exceder la configuración de la protección "más áspera" de 1,5 a 2 veces. En este caso, la protección de corriente no direccional puede proporcionar la selectividad necesaria y una alta sensibilidad en caso de falla.

Se puede lograr un aumento significativo en la eficiencia cuando se usa protección de corriente de secuencia cero con medición relativa. Por ejemplo, hay un terminal de protección con microprocesador, cuyo principio se basa en comparar los valores de las corrientes de secuencia cero en todas las conexiones de la sección protegida de las barras colectoras. No es necesario ajustar la corriente de funcionamiento a partir de las corrientes capacitivas de las conexiones. En ausencia de un reactor de supresión de arco en la red, dicha protección permite identificar efectivamente una conexión dañada en caso de falla.

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