Beregning av kapasitiv fase-til-jord feilstrøm. I en fase-til-jord-feil, kalt en enkel feil, bestemmes strømmen kun av kapasitansen til nettverket. De kapasitive motstandene til nettverkselementene overskrider betydelig deres induktive og aktive motstander, noe som gjør det mulig å neglisjere sistnevnte ved bestemmelse av strømmen. Tenk på det enkleste trefasenettverket der en enkel faselukking har skjedd EN.

Fasestrømmer I Og MED er definert som følger:

Moduler av strømmer som tar hensyn til forutsetninger

beregnes som Strømmen i jorden bestemmes av den geometriske summen av strømmene: I praktiske beregninger er et grovt estimat av størrelsen på jordfeilstrømmen mulig i henhold til formelen hvor sr.nom U– gjennomsnittlig nominell fasespenning trinn; N- koeffisient; l- den totale lengden av luft- eller kabelledninger elektrisk koblet til jordfeilpunktet, km. En slik vurdering betyr at størrelsen på feilstrømmen ikke er avhengig av plasseringen og bestemmes av den totale lengden på nettverkslinjene.

Kompensasjon for kapasitiv fase-til-jord feilstrøm.

I nettverk på 3–20 kV og en liten lengde luftledninger og kabelledninger er fase-til-jord-feilstrømmen flere ampere. Buen i dette tilfellet er ustabil og går ut av seg selv. Derfor kan slike nettverk normalt operere i en enkel kretsmodus. En økning i spenningen og lengden på nettverket fører til en økning i jordfeilstrømmen - en lysbue ved slike strømmer kan brenne i lang tid, den går ofte over til tilstøtende faser, og gjør en enfasekrets til en to- eller trefase én. Rask lysbueslukking oppnås ved å kompensere jordfeilstrømmen ved å jorde nøytralen gjennom lysbueslukkeren

Nettet består av en transformator og en linje koblet til konstantspenningsbusser. Symmetriske komponenter ved jordfeilpunktet bestemmes ut fra en antagelse om at den totale kapasitansen til nullsekvenskretsen betydelig overstiger motstanden til de positive og negative sekvensene, noe som lar oss akseptere .

61.1. I det komplekse opplegget ( b) de induktive motstandene til linjen og transduseren for alle sekvenser er symbolsk introdusert, selv om de antas å være null. For å begrense strømmen til en enkel jordfeil, er det nødvendig å jorde nøytralen til transformatoren gjennom en induktans, hvis verdi er valgt slik at resonansen til strømmene oppstår i nullsekvenskretsen. I dette tilfellet, noe som fører til fullstendig forsvinning av jordfeilstrømmen. Ved å neglisjere de induktive motstandene til transformatoren og linjen, finner vi at resonansen oppstår ved. Bueslukkereaktorer har trinnvis regulering av induktansen. Med deres hjelp reduseres den enfasede feilstrømmen tidoblet, noe som er nok til å slukke lysbuen ved feilen.

Ved normal nettdrift er det alltid en liten nøytral forskyvning, d.v.s. det nøytrale potensialet er alltid forskjellig fra null. Dette skyldes asymmetrien i fasene til kraftledninger, som ikke kan elimineres i distribusjonsnettverk. Men når bueslukkerreaktoren slås på i nøytral, kan potensialet øke betydelig.

I følge PUE bør graden av asymmetri av kapasiteter i faser i forhold til bakken ikke overstige 0,75%. En liten avstemming av resonanskretsen, som ikke fører til en forringelse av forholdene for å slukke lysbuen, er spesielt effektiv i nettverk som ikke har transposisjon. PUE begrenser ikke varigheten av nettverket med en fase-til-jord-lukking.

Forklarende merknad.

Kompensasjon av kapasitive jordfeilstrømmer i 6-35 kV nettverk.

Introduksjon. Den vanligste typen skade (opptil 95%) i 6, 10, 35 kV nettverk er enfase jordfeil (OSZ), ledsaget av flyten av kapasitiv strøm gjennom feilen og høye overspenninger på nettverkselementer (motorer) , transformatorer) i form av en høyfrekvent transient . Slike påvirkninger på nettverket fører i beste fall til drift av jordvern. Å finne en skadet forbindelse ser ut til å være en møysommelig og langvarig organisatorisk oppgave - den påfølgende frakoblingen av forbindelsene er forsinket i lang tid og er ledsaget av et kompleks av operasjonell bytte til reserveforbrukere. Og som regel begynner de fleste fase-til-fase kortslutninger med en OZZ. Utviklingen av enfase jordfeil er ledsaget av oppvarming av feilstedet, spredning av en stor mengde energi i stedet for SPE og ender med at forbrukeren slår seg av allerede ved beskyttelse av overstrømsbeskyttelsen når SPE endres til kortslutning. Du kan endre situasjonen ved å bruke resonansnøytral jording.

Stengestrømmer. I tilfelle en SPE flyter en kapasitiv strøm til bakken gjennom skadestedet, på grunn av tilstedeværelsen av elektrisk kapasitans mellom nettfaser og jord. Kapasiteten er hovedsakelig konsentrert i kabellinjer, hvis lengde bestemmer den totale kapasitive strømmen til SPE (omtrent 1 A kapasitiv strøm utgjør 1 km kabel).

Typer OZZ. Alle OZZ er delt inn i døv (metall) og bue. Den hyppigste (95 % av alle EPZ) og den farligste typen EPZ er bue-EPZ. La oss beskrive hver type OZZ separat.

1) fra synspunktet om overspenningsnivåer på nettverkselementene, er metalljordfeil de sikreste (for eksempel faller en ledning fra en luftledning til bakken). I dette tilfellet flyter en kapasitiv strøm gjennom sammenbruddsstedet, som ikke er ledsaget av store overspenninger i lys av spesifikasjonene til denne typen feilstrøm.

2) et trekk ved bue-SPE-er er tilstedeværelsen av en elektrisk lysbue på stedet for SES-er, som er en kilde til høyfrekvente oscillasjoner som følger med hver SES.

Måter å undertrykke strømmene til SPZ. Det er to måter å undertrykke SPZ-strømmene.

1) frakobling av en skadet tilkobling - denne metoden er fokusert på manuell eller automatisk (ved hjelp av RPA) frakobling. I dette tilfellet overføres forbrukeren i henhold til kategorien til reservestrøm eller forlatt uten strøm. Ingen spenning på den skadede fasen - ingen strøm gjennom sammenbruddsstedet.

2) kompensasjon av den kapasitive strømmen ved lukkingspunktet av en reaktor installert i nøytralen av nettverket, som har induktive egenskaper.

Essensen av kompensasjonen av kapasitive strømmer til OZZ. Som nevnt, når fasen er kortsluttet til jord (sammenbrudd), flyter en kapasitiv strøm gjennom stedet for SPZ. Denne strømmen skyldes, ved nærmere ettersyn, kapasitansene til de to gjenværende (intakte) fasene ladet opp til linjespenning. Strømmene til disse fasene, forskjøvet i forhold til hverandre med 60 elektriske grader, summeres ved feilpunktet og har en trippel verdi av den fasekapasitive strømmen. Herfra bestemmes verdien av strømmen til SPZ gjennom skadestedet: . Denne kapasitive strømmen kan kompenseres av den induktive strømmen til lysbueslukkingsreaktoren (ACR) installert i nettverksnøytralen. I tilfelle en feil i nettverket på nøytralen til en transformator koblet til den, hvis viklinger er koblet til en stjerne, vises en fasespenning, som hvis det er en nøytral terminal koblet til høyspenningsviklingen til reaktoren L, initierer den induktive strømmen til reaktoren gjennom sammenbruddsstedet. Denne strømmen er rettet motsatt av den kapasitive strømmen til SPG og kan kompensere for den med en passende innstilling av reaktoren (fig. 1)

Ris. 1 Baner for passasje av SPZ-strømmer gjennom nettverkselementer

Behovet for automatisk tuning i resonans. For å oppnå maksimal effektivitet til GDR, må kretsen dannet av kapasitansen til hele nettverket og induktansen til reaktoren - nullsekvenskretsen til nettverket (CNPS) - innstilles til resonans ved nettverksfrekvensen på 50 Hz . Under betingelsene for konstant bytting i nettverket (slå på / av forbrukere), endres nettverkskapasiteten, noe som fører til behovet for å bruke kontinuerlig justerbar DGR og automatisk system kompensasjon av kapasitive strømmer OZZ (ASKET). Forresten, de for tiden brukte trinnreaktorene av ZROM-typen og andre er innstilt manuelt, basert på de beregnede dataene om de kapasitive strømmene til nettverket, og gir derfor ikke resonansinnstilling.

Prinsippet for drift av ASKET. KNPS er innstilt til resonans av en automatisk kompensasjonsjusteringsenhet av typen UARK.101M, som opererer etter faseprinsippet. Et referansesignal (lineær spenning) og et 3Uo signal fra en måletransformator (for eksempel NTMI) mates til inngangen til UARK.101M. For riktig og stabil drift av ASKET er det nødvendig å skape en kunstig asymmetri i nettverket, som gjøres av en nøytral eksitasjonskilde (NVN) - enten ved å koble en høyspent kondensatorbank til en av fasene i nettverket , eller ved å installere en spesiell asymmetrisk transformator av TMPS-typen med en innebygd VN (med muligheten til å kontrollere transformasjonsforholdet med en oppløsning på 1,25% av fasespenningen). I sistnevnte tilfelle forblir spenningsverdien 3Uo i resonansmodus og stabiliteten til ASKET-operasjonen konstant når nettverkskonfigurasjonen endres (se formlene nedenfor). En DGR er installert i nøytralen til samme transformator (for eksempel av RDMR-typen). Dermed er ASKET representert som et system TMPS+RDMR+UARC.101M.

På forholdet mellom naturlige og kunstige asymmetrier. I et nettverk med en isolert nøytral tilsvarer spenningen på den åpne trekanten NTMI, tatt i betraktning transformasjonsforholdet, til spenning av naturlig asymmetri. Størrelsen og vinkelen på denne spenningen er ustabile og avhenger av ulike faktorer (vær,...osv.), derfor er det nødvendig å skape et mer stabilt signal både i størrelse og fase for riktig drift av ASKET. For dette formålet introduseres en nøytral eksitasjonskilde i KNPS ( kilde til kunstig asymmetri). Hvis vi bruker teoriens terminologi automatisk kontroll, er den kunstige asymmetrien et nyttig signal som brukes til å kontrollere KNPS, og den naturlige er en interferens som det er nødvendig å tune ut ved å velge verdien av den kunstige asymmetrien. I nettverk med tilstedeværelse av kabellinjer med en kapasitiv strøm på 10 ampere eller mer, er mengden naturlig asymmetri som regel veldig liten. Klausul 5.11.11. PTEESiS begrenser ubalansespenningen (naturlig + kunstig) i nettverk som opererer med kapasitiv strømkompensasjon på nivået 0,75 % av fasespenningen, og den maksimale graden av nøytral forskyvning ved et nivå som ikke overstiger 15 % av fasespenningen. På en åpen trekant NTMI vil disse nivåene tilsvare verdiene 3Uo = 0,75V og 15V. Maksimal grad av forskyvning av nøytralen er mulig i resonansmodus (fig. 2).

Nedenfor er formlene for å beregne spenningen 3Uo i resonansmodus for to måter å skape kunstig asymmetri på:

1) ved bruk av kondensator Co

,

hvor er vinkelfrekvensen til nettverket, 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">- transformasjonsforhold i henhold til 3Uo av måletransformatoren, i 6 kV-nettverket - 60/ , i nettverket 10 kV - 100/http://pandia.ru/text/79/550/images/image010_32.gif" width="97" height="51">,

hvor Kcm er den koblingsbare fase B forspenningsfaktoren til spesialtransformatoren.

Det kan sees fra formlene at ved bruk av en Co-kondensator, avhenger verdien av 3Uo ved resonanspunktet av den kapasitive strømmen til nettverket (), og ved bruk av en spesiell asymmetrisk transformator, gjør den det ikke avhenge.

Minimumsverdien 3Uo velges basert på tilstanden for pålitelig drift av UARK.101M-enheten, og er 5V.

Formlene ovenfor tar ikke hensyn til størrelsen på spenningen til den naturlige asymmetrien til nettverket på grunn av dets små verdier..jpg" width="312" height="431">

Ris. 3 Spenningsvektorer i et resonansjordet nettverk

Konklusjoner:

Nøyaktig automatisk kompensering av kapasitiv strøm SPZ er et berøringsfritt middel for lysbueslukking og har, sammenlignet med nettverk som opererer med en isolert nøytral, med resistivjordet, med delvis kompensert, og også med en kombinert jordet nøytral, følgende fordeler :

reduserer strømmen gjennom feilen til minimumsverdiene (i grensen til aktive komponenter og høyere harmoniske), gir pålitelig lysbueslukking (forhindrer langvarig eksponering for en jordingsbue) og sikkerhet i spredning av strømmer i bakken;

letter kravene til jordingsenheter;

begrenser overspenninger som oppstår fra lysbuefeilstrømmer til verdier på 2,5-2,6 Uf (med en kompensasjonsavstemmingsgrad på 0-5%), trygt for isolering av utstyr og linjer i drift;

reduserer frekvensen av gjenopprettingsspenninger på den skadede fasen betydelig, bidrar til å gjenopprette de dielektriske egenskapene til feilstedet i nettverket etter hver utryddelse av den intermitterende jordingsbuen;

forhindrer overspenninger av reaktiv kraft på strømkilder under lysbuefeil, noe som bevarer kvaliteten på elektrisitet for forbrukere;

forhindrer utviklingen av ferroresonante prosesser i nettverket (spesielt spontane forskyvninger av nøytralen), hvis begrensninger er oppfylt for bruk av sikringer på kraftledninger;

eliminerer restriksjoner på statisk stabilitet ved overføring av kraft gjennom kraftledninger.

Ved kompensering for kapasitive strømmer kan luft- og kabelnettverk fungere i lang tid med en fase kortsluttet til jord.

Litteratur:

1. Likhachev til bakken i nettverk med isolert nøytral og med kompensasjon av kapasitive strømmer. M.: Energi, 1971. - 152 s.

2. Obabkov av adaptive kontrollsystemer for resonansobjekter. Kiev: Naukova Dumka, 1993. - 254 s.

3. Fishman V. Nøytrale jordingsmetoder i 6-35 kV nettverk. Designers synspunkt. News of Electrical Engineering, №2, 2008

4. Regler teknisk drift kraftstasjoner og nettverk Den russiske føderasjonen. RD 34.20.501 utgave. Moskva, 1996.

Sjefingeniør

Ris. 2 Eksempler på resonansegenskaper til KNPS

Ris. 4 Respons fra et resonansjordet nettverk på en lysbuefeil

Elektriske nettverk kan fungere med jordet eller isolerte nøytrale transformatorer og generatorer. Nettverk 6, 10 og 35 kV opererer med isolerte nøytrale transformatorer. Nettverk 660, 380 og 220 V kan fungere med både isolert og jordet nøytral. Det vanligste er firtrådsnett 380/220, som i henhold til kravene skal ha jordet nøytral.

Ta i betraktning nettverk med isolert nøytral. Figur la viser et diagram av et slikt nettverk trefasestrøm. Viklingen er vist koblet i en stjerne, men alt som er nevnt nedenfor gjelder også for tilfellet med en kopling av sekundærviklingen i et delta.

Ris. 1. Skjema av et trefaset strømnett med en isolert nøytral (a). Jordfeil i et nett med isolert nøytral (b).

Uansett hvor god isolasjonen av de strømførende delene av nettverket fra bakken er, har likevel lederne i nettet alltid en forbindelse med bakken. Denne forbindelsen er av to typer.

1. Isolasjonen av strømførende deler har en viss motstand (eller ledningsevne) mot jord, vanligvis uttrykt i megohm. Dette betyr at en strøm av en viss størrelse går gjennom isolasjonen til lederne og bakken. Med god isolasjon er denne strømmen svært liten.

Anta for eksempel at mellom lederen til en fase av nettverket og bakken er spenningen 220 V, og isolasjonsmotstanden til denne ledningen målt med en megger er 0,5 MΩ. Dette betyr at strømmen til jord 220 i denne fasen er 220 / (0,5 x 1000000) = 0,00044 A eller 0,44 mA. Denne strømmen kalles lekkasjestrøm.

Konvensjonelt, for klarhetens skyld, på isolasjonsmotstandsdiagrammet for de tre fasene er r1, r2, r3 vist som motstander, hver koblet til ett punkt på ledningen. Faktisk er lekkasjestrømmer i et fungerende nettverk fordelt jevnt langs hele lengden av ledningene, i hver seksjon av nettverket lukkes de gjennom bakken og summen deres (geometrisk, dvs. tatt i betraktning faseforskyvningen) er null.

2. Forbindelsen av den andre typen er dannet av kapasitansen til lederne til nettverket i forhold til jorden. Hva betyr det?

Hver leder av nettverket og bakken kan tenkes på som to. I luftledninger er lederen og bakken så å si platene til en kondensator, og luften mellom dem er et dielektrikum. I kabellinjer er kondensatorplatene kabelkjernen og metallkappen koblet til bakken, og isolasjonen er dielektrikumet.

På AC spenning en endring i ladningene til kondensatorene forårsaker forekomst og passasje av vekselstrømmer gjennom kondensatorene. Disse såkalte kapasitive strømmene i et fungerende nettverk er jevnt fordelt langs lengden av ledningene og er i hver enkelt seksjon også lukket gjennom bakken. På fig. 1, og motstandene til kapasitansene til de tre fasene til jord x1, x2, x3 er konvensjonelt vist koblet hver til ett punkt i nettverket. Jo lengre nettverk, desto større lekkasjestrømmer og kapasitive strømmer.

La oss se hva som skjer i nettverket vist i figur 1, hvis det skjer i en av fasene (for eksempel A) jordfeil, det vil si at ledningen til denne fasen vil være koblet til bakken gjennom en relativt liten motstand. Et slikt tilfelle er vist i figur 1b. Siden motstanden mellom fase A-ledningen og jord er liten, shuntes lekkasje- og jordkapasitansmotstandene til denne fasen av jordfeilmotstanden. Nå, under påvirkning av linjespenningen til nettverket UB, vil lekkasjestrømmer og kapasitive strømmer av to brukbare faser passere gjennom feilen og bakken. Strømbanene er vist med piler i figuren.

Kortslutningen vist i figur 1,b kalles en enfaset jordfeil, og nødstrømmen som oppstår i dette tilfellet er enfase feilstrøm.

Tenk deg nå at en enfase kortslutning på grunn av isolasjonsskade ikke skjedde direkte til bakken, men til kroppen til en elektrisk mottaker - en elektrisk motor, et elektrisk apparat eller til en metallkonstruksjon langs hvilken elektriske ledninger(Fig. 2). En slik stenging kalles kroppslukking. Hvis huset til strømmottakeren eller strukturen samtidig ikke er koblet til bakken, får de potensialet til nettverksfasen eller nær den.

Ris. 2.

Å berøre kroppen tilsvarer å berøre fasen. En lukket krets dannes gjennom menneskekroppen, hans sko, gulv, bakken, lekkasjemotstander og kapasitanser til brukbare faser (for enkelhets skyld er ikke kapasitans vist i fig. 2).

Strømmen i denne kretsen avhenger av motstanden og kan påføre en person alvorlig skade eller være dødelig.

Ris. 3. En person som berører en leder i et nettverk med en isolert nøytral i nærvær av en jordfeil i nettverket

Av det som er sagt, følger det at for at strømmen skal passere gjennom jorden, er en lukket krets nødvendig (noen ganger innbiller de seg at strømmen "går til bakken" - dette er ikke sant). I nettverk med isolert nøytral spenning opp til 1000 V er lekkasjestrømmer og kapasitive strømmer vanligvis små. De avhenger av isolasjonstilstanden og lengden på nettverket. Selv i et forgrenet nettverk er de innenfor noen få ampere og under. Derfor er disse strømmene generelt ikke tilstrekkelige til å smelte sikringskoblinger eller utløse.

Ved spenninger over 1000 V er kapasitive strømmer av primær betydning, de kan nå flere titalls ampere (hvis deres kompensasjon ikke er gitt). Men i disse nettverkene brukes vanligvis ikke frakobling av skadede seksjoner under enfase kortslutninger for ikke å skape avbrudd i strømforsyningen.

Dermed, i et nettverk med en isolert nøytral i nærvær av en enfase kortslutning (som signaliseres av isolasjonsovervåkingsenheter), fortsetter strømmottakere å fungere. Dette er mulig, siden under enfase kortslutninger endres ikke den lineære (fase-til-fase) spenningen og alle elektriske mottakere mottar energi uavbrutt. Men med enhver enfase kortslutning i et nettverk med en isolert nøytral, øker spenningene til de uskadede fasene i forhold til jord til lineære, og dette bidrar til at det oppstår en andre jordfeil i en annen fase. Den resulterende doble jordfeilen skaper en alvorlig fare for mennesker. Derfor, evt et nettverk med en enfase kortslutning bør betraktes som en nødtilstand, siden de generelle sikkerhetsforholdene i denne tilstanden til nettverket forverres kraftig.

Dermed øker tilstedeværelsen av "jord" faren ved berøring av strømførende deler. Dette kan for eksempel ses av figur 3, som viser passasjen av lesjonsstrømmen ved tilfeldig berøring av den strømførende ledningen av fase A og den uoppløste «jorden» i fase C. I dette tilfellet blir personen utsatt for linjespenningen til nettverket. Derfor må enfase kortslutninger til jord eller til rammen elimineres så raskt som mulig.

Elektriske nettverk med en spenning på 6 - 10 kV fungerer, avhengig av styrken på jordfeilstrømmen, med en isolert eller jordet nøytral gjennom lysbueslukkingsspoler.

På jordfeilstrømmer i nettverk på 6 kV mer enn 30 A og i nettverk på 10 kV mer enn 20 A, i henhold til PUE, må nøytralen jordes gjennom lysbueundertrykkende spoler for å kompensere for disse strømmene. Fordelen med et slikt driftssystem er at i tilfelle en enfase jordfeil fortsetter strømmottakerne å fungere normalt, og derfor blir strømforsyningen til forbrukerne ikke forstyrret.

Bykabelnett, som har en betydelig lengde, har stor kapasitet, siden selve kabelen er en slags kondensator. Derfor, når en enfaset kortslutning oppstår i et slikt nettverk, kan jordfeilstrømmen på feilstedet nå titalls eller til og med hundrevis av ampere.

Ved slike strømmer blir kabelisolasjonen på skadestedet raskt ødelagt og en enfaset jordfeil blir til en to- og trefase kortslutning, som fører til at nettverksdelen slås av av bryteren, dvs. brudd i strømforsyningen til forbrukerne. En stabil jordfeil i et nettverk med en isolert nøytral oppstår ikke umiddelbart, men først i form av en "intermitterende" bue. I det øyeblikket strømmen går gjennom null, stopper buen og dukker så opp igjen. Dette fenomenet er ledsaget av en farlig økning i spenning til jord på fasene som ikke er feil, og kan forårsake isolasjonsfeil i andre deler av nettverket.

For at lysbuen som oppstår på feilstedet skal gå ut, er det nødvendig å kompensere for den kapasitive jordfeilstrømmen, for hvilken en induktiv jording lysbueslukkingsspole er koblet til nettverkets nullpunkt.

Spolen er en vikling med en magnetisk krets av jern, plassert i et foringsrør fylt med olje. Hovedviklingen til lysbueslukkingsspolen har uttak for fem strømmer slik at den induktive strømmen kan justeres. I tillegg til hovedviklingen har spolen en spenningssignalvikling, som et opptaksvoltmeter er koblet til, fra avlesningene som det er mulig å bestemme nullsekvensspenningen under spoledrift. En av terminalene til hovedviklingen til bueslukkingsspolen er koblet til nullpunktet til viklingen høyere spenning en transformator som har en stjerne-null-trekant viklingskoblingsskjema, eller bruker en spesiell jordingstransformator, og den andre utgangen til hovedviklingen er koblet til bakken.

Som oftest jordingstransformatorer de brukes ikke bare til å koble til lysbuen, men også til å drive belastningen til transformatorstasjonens egne behov; i dette tilfellet er en jordingstransformator installert på kraftsenteret. Installasjon av en kompenserende enhet kan også utføres i nettverket. Kraften til jordingstransformatoren bestemmes av strømstyrken til spolen og hjelpebelastningen til CPU-transformatorstasjonen. Bryterkretsen til lysbueslukkingsspolen er vist i figuren nedenfor.

1 - jordingstransformator, 2 - bryter,

3 - spenningssignalvikling med et voltmeter,

4 - bue slukkespole, 5 - strømtransformator, 6 - amperemeter,

7 - strømrelé, 8 - lyd- og lysalarm

I normal modus i nettverket er potensialet til transformatorens nøytralpunkt null og det går ingen strøm gjennom spolen Ved jordfeil av en hvilken som helst fase i nettet mottar transformatorens nøytralpunkt potensial og den spolen genererer en induktiv strøm som forsinker spenningen med 90 °. Den kapasitive jordstrømmen som flyter ved feilen leder spenningen med 90°. På skadestedet oppstår gjensidig kompensasjon av kapasitive og induktive strømmer, siden de er forskjøvet i fase med 180 ° og lysbuen på skadestedet enten ikke oppstår, eller etter å ha oppstått går den raskt ut.

For å kontrollere driften av lysbueslukkerspolen 4, er en strømtransformator 5 inkludert i kretsen, for å sekundærvikling hvortil et amperemeter 6 og strømreleer er koblet for å måle jordstrømmen og levere lyd- og lyssignaler 8 til vakthavende personell. I fravær av personell på vakt ved CPU-en, brukes telemekanikkenheter til å overføre et signal til nettverkssenderen på vakt.

bueslukkende spole valgt og justert på en slik måte at dens strøm er 20 - 25 A mindre enn den kapasitive jordstrømmen, mens det oppstår utilstrekkelig kompensering av den kapasitive strømmen, noe som er nødvendig for korrekt drift av jordfeilalarmen. En reststrøm på 30 A for 6 kV-nett og 20 A for 10 kV-nett er akseptabelt og forårsaker ikke mye skade på feilstedet.

For tiden mye brukt bueslukkende spoler med trinnløs automatisk justering. Når en enfaset kortslutning oppstår i nettverket, genererer slike lysbuespoler en induktiv strøm og velger automatisk verdien, som er nødvendig for å kompensere for den resulterende kapasitive strømmen.

Lagt ut 07.05.2011 (gyldig til 18.07.2013)

Som mange av våre lesere, spesielt spesialister fra designorganisasjoner, bemerker, er det i den tilgjengelige russiske tekniske litteraturen ingen spesifikke anbefalinger om valg av jordfeilbeskyttelse (EPF), og det er ingen moderne metoder for å beregne innstillinger. Derfor er materialer om dette emnet av stor interesse.

Alexey Shalin, doktor i tekniske vitenskaper, professor, avdeling for kraftverk, Novosibirsk State Technical University

I forrige utgave av bladet ("Electrotechnics News" nr. 4 (34) 2005) ble det publisert en artikkel av Aleksey Ivanovich Shalin, der det ble gitt et eksempel på beregning av innstillingene for jordfeilbeskyttelse som reagerer på nullsekvensspenning .

Om kastefaktorverdier

I anbefalingene fra forfatterne om beregning av innstillingene for ikke-retningsbestemt strømbeskyttelse av nullsekvensen fra jordfeilen ble gitt. Fra disse anbefalingene kan det ses at eksperter skiller seg betydelig ut i sine meninger om slike grunnleggende verdier for beregningen som kastkoeffisienten, den normaliserte følsomhetskoeffisienten, etc.

I en kommentar til Sergei Titenkov hevder han at overspenningsfaktoren brukt i beregningene, som hovedsakelig avhenger av den høyfrekvente nullsekvensstrømmen som oppstår under utladningen av kapasitansen til den skadede fasen av kretsen og ladningen til kretsen. kapasitanser av uskadede faser, reduseres ikke med resistiv jording av nettverksnøytralen. Dette bestemmes spesielt av det faktum at denne motstanden i 6–10 kV-nettverk er inkludert i kretsen til en laveffekt nøytral transformator.

Som det ofte er i virkeligheten, har et bestemt utsagn sine egne "sanne grenser". Hvis vi snakker om motstander installert i nøytralen av nøytralene (nøytralen er en trefaset chokespole med en sikksakkforbindelse) i samsvar med, så er denne oppfatningen i de fleste tilfeller helt korrekt. I følge den første harmoniske induktiv reaktans nøytral med en effekt på 63 kVA ved en spenning på 10 kV er 96 ohm. I henhold til 10–20 harmoniske, som er tilstede i prosessen med kapasitanslading under SGL, vil denne motstanden øke til 960–1920 ohm, og med en motstandsmotstand på omtrent 100–150 ohm, den totale motstanden til "nøytralisatoren - jording" resistor”-kjeden vil være nesten fullstendig induktiv. Som et resultat, i full overensstemmelse med Sergey Titenkovs mening, vil jordingsmotstanden praktisk talt ikke ha noen effekt på oppladingsstrømmene til kapasitansene, og vil dermed ikke påvirke overspenningskoeffisienten.

Ved en spenning på 35 kV, tre-vikling krafttransformatorer har vanligvis en nøytral fjernet. En jordingsmotstand er koblet til denne nøytrale kretsen. I dette tilfellet vil det være feil å si at denne motstanden ikke påvirker ladestrømmene.

Om tidsforsinkelse

La oss vurdere dette spørsmålet ved å bruke eksemplet på kretsen gitt i. Her har forsyningstransformatoren med en spenning på 35 kV en kapasitet på 10 MVA. En overhead overføringslinje drives fra den, som deretter deles inn i to kretser, som hver mater sin egen transformator med en effekt på 4 MVA med et primært viklingstilkoblingsskjema i en stjerne med en nøytral fjernet. For å redusere nivået av overspenninger i transformatorenes nøytrale, er jordingsmotstander inkludert. Bruken av jordingsmotstander i nettverket lar deg øke effektiviteten av beskyttelse, men samtidig bør metodikken for å velge innstillingene revideres.

I samsvar med utløsningsstrømmen for beskyttelse mot SPZ ISZ i et nettverk med en isolert nøytral i nærvær av en kabel null-sekvens strømtransformator velges fra følgende tilstand:

hvor k n \u003d 1,2 (pålitelighetsfaktor);

k br er bølgefaktoren, tar hensyn til bølgen av kapasitiv strøm på tidspunktet for forekomsten av feilen, samt reléets evne til å svare på den;

I s.fid.max - maksimal kapasitiv strøm til den beskyttede materen.

I samsvar med for øyeblikkelig beskyttelse mot SPE, bør verdien av produktet k n k br = 4 ... 5 tas med i beregningene. For beskyttelser med tidsforsinkelse, med mulighet for en intermitterende lysbue, kн kbr = 2,5. Tilsynelatende er disse verdiene anbefalt av forfatteren for tradisjonelle innenlandske beskyttelsesreléer, inkludert RTZ-51.

I det foreslås å vurdere k n \u003d 1.2, k br \u003d 3 ... 5 (i forhold til releer av gamle typer). For RTZ-51-reléet anbefales det å ta k br = 2…3. I dette tilfellet foreslås det å utføre beskyttelse uten tidsforsinkelse. "Ved bruk av moderne digitale releer for beskyttelse mot OZZ, for eksempel SPACOM-serien, inkludert SPAC-800 ..., er det mulig å ta verdiene k br = 1 ... 1,5 (må sjekkes med produsenten )".

Etter min mening, der det er mulig, er det bedre å bruke tidsforsinkelsesbeskyttelse mot EPB. Dette gjør det mulig å gi selektivitet for to eller flere kraftledninger koblet i serie, å bruke en lavere verdi av overspenningsfaktoren i beregninger, for å forhindre falske frakoblinger av uskadede ledninger etter at en skadet ledning er frakoblet (på grunn av ferroresonante fenomener knyttet til måling). spenningstransformatorer), etc. d.

I noen bransjer (gruver, steinbrudd, etc.) er det regulatoriske dokumenter som krever umiddelbar nedleggelse av OPP. Der er det nødvendig å bruke øyeblikkelig beskyttelse mot OZZ.

Bestemmelse av kapasitive strømmer

Verdien av I s.fid.max \u003d I CS for nettverk med isolert nøytral i det anbefales for eksempel å bestemme som følger:

for kabelnettverk

for nett med luftledninger

hvor U er merkespenningen til nettverket (kV);

S er den totale lengden på linjene (km).

Den totale kapasitive strømmen til nettverket er definert som summen av komponentene beskrevet ovenfor for alle galvanisk tilkoblede linjer i nettverket.

Mer nøyaktig kan verdien av den kapasitive strømmen I s.fid.max kraftledninger beregnes ved å bruke for eksempel data om spesifikke kapasitive strømmer i luft- og kabelkraftledninger, gitt i. Det bemerkes imidlertid også der at verdien av den kapasitive strømmen, bestemt av (2), (3), kan gi en feil i størrelsesorden 40–80 % sammenlignet med den reelle strømmen målt under feilstrømmen i nettverket . En av grunnene er unnlatelsen av å ta hensyn til kapasiteten i forhold til bakken til strømforbrukere, for eksempel motorer, samt design luftledninger(type stolpe, med eller uten jordledning), etc.

(4)

hvor U f - fasespenning (kV);

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

C S - kapasitet til en fase av nettverket i forhold til bakken (Ф).

(5)

hvor c i er den spesifikke kapasitansen per fase av den i-te linjen (F/km);

l i - lengden på den i-te linjen (km);

m er antall linjer (kabel, overhead med og uten jordledning);

c j - kapasitans per fase av det j-te nettverkselementet (F);

q j - antall betraktede nettverkselementer, bortsett fra kraftledninger (for eksempel motorer);

n er det totale antallet slike elementer.

(6)

hvor S nom er motorens merkeeffekt (MVA);

U nominell - motorens nominelle spenning (kV).

For andre typer elektriske motorer

(7)

hvor n nom er nominell rotorhastighet (rpm).

Som nevnt ovenfor, skiller de beregnede kapasitive strømmene til nettverket seg vanligvis fra de virkelige, som bare kan bestemmes ved å måle på anlegget. Imidlertid er prosessen med å måle den kapasitive strømmen, i tillegg til tekniske vanskeligheter, også forbundet med en viss metodologisk usikkerhet. Erfaring viser at på mange anlegg inneholder sammensetningen av den kapasitive strømmen til nettverket, selv med en metall-SPE, ikke bare komponenter av industriell frekvens, men også betydelige strømmer med høyere harmoniske.

Målingen av den totale strømverdien, for eksempel ved bruk av tradisjonelle instrumenter designet for å måle industrielle frekvensstrømmer, er forbundet med betydelige feil. I virkeligheten ble det registrert feil i størrelsesorden 30 % (inkludert i retning av å redusere de målte strømmene i forhold til den beregnede). Mer presist kan den kapasitive strømmen til nettverket måles ved hjelp av oscilloskopgrafering, etterfulgt av dekomponering til harmoniske komponenter.

Nullsekvensstrømmer i resistivt jordede nettverk

Hvis det er flere jordingsmotstander i nettverket med ekstern OZZ, kan aktiv strøm I IR også flyte gjennom beskyttelsen. I dette tilfellet, i stedet for I s.fid.max i (1), er det nødvendig å erstatte

Sensitiviteten kontrolleres med verdien av koeffisienten k h:

(9)

hvor k h.normer - normalisert følsomhetskoeffisient;

I PROTECT - strøm i beskyttelsen av en skadet kraftledning.

I resistivt jordede nettverk og installasjoner

hvor I" CS er den totale kapasitive strømmen til nettverket minus den kapasitive strømmen til den beskyttede materen;

I R er strømmen til jordingsmotstanden som strømmer gjennom beskyttelsen av en skadet forbindelse. I det ble vist at når man beskytter mot OZZ luftledninger det er farlig å bruke verdiene til standard følsomhetskoeffisienten anbefalt i verdiene på grunn av muligheten for dannelse av en stor forbigående motstand i stedet for SPZ og svikt i beskyttelsen av denne grunn. Det ble også gitt anbefalinger om kontroll av beskyttelsesfølsomheten i dette tilfellet.

Strømmer i forbigående moduser

For tiden er spørsmålet om hva verdien av koeffisienten k br skal være når du installerer en jordingsmotstand i det nøytrale nettverket dårlig studert. Det er to meninger om dette:

Verdien av k br skal være den samme som i nettverk uten jordingsmotstander;

Verdien av k br bør tas mindre enn i forrige tilfelle.

Det er kjent at k br spesielt avhenger av forholdet mellom den maksimale strømmen for opplading av nettverkskapasitansene (utladningsstrømmer for kapasitansen til den skadede fasen og opplading av kapasitansene til de "friske" fasene) og verdien av den kapasitive strømmen til den beskyttede forbindelsen i steady state-modus for den eksterne kortslutningsbeskyttelsen. På fig. 1 viser et oscillogram av nullsekvensstrømmen 3I0 i transientprosessen til SPE i en av forbindelsene til det elektriske nettverket beskrevet i, den totale strømmen til SPE som er 19 A. Oscillogrammet tilsvarer gjentenningen av en intermitterende lysbue i nettverket der det ikke er jordingsmotstander. Den maksimale verdien av den transiente strømmen var 138 A, amplitudeverdien til den jevne strømmen 3I0 er 16 A. Ved å angi forholdet mellom den maksimale strømmen og steady-state amplituden som k max , får vi k max = 8,62 for tilfellet under betraktning.

Ved å installere en jordingsmotstand med en motstand på 2 kOhm i nøytralen til forsyningstransformatoren (strømmen til motstanden ved OZZ er 10 A, dvs. 0,53 av den totale kapasitive strømmen til nettverket), får vi k max = 1,3 for samme forbindelse, dvs. k max redusert med mer enn 6,5 ganger. En økning i motstanden til motstanden fører til en økning i k maks (innenfor grensene i dette tilfellet opp til 8,62). Hvis flere jordingsmotstander er installert i nettverket og en aktiv strøm av en av dem flyter gjennom den aktuelle forbindelsen med en ekstern feilstrøm, fører dette til en liten reduksjon i verdien av k max, siden steady-state-strømmen 3I0 i den betraktede sammenhengen øker.

Fra det som er beskrevet er det klart at verdien av k br i dette tilfellet kan tas lavere enn i fravær av jordingsmotstander, og graden av reduksjon av k br avhenger av motstanden til motstanden. En annen metode for jording er beskrevet i, designet for å sikre effektiv drift av selektiv jordfeilbeskyttelse i 6–10 kV nettverk (fig. 2). I dette tilfellet er det ikke installert en nøytral transformator.

Når en nullsekvensspenning vises i nettverket, som indikerer at en jordfeil har oppstått, slår en spesiell bryter mellom hver fase og jord på sin egen jordingsmotstand. I dette tilfellet dannes aktive jordfeilstrømmer, egnet for selektiv deteksjon av en feilkobling.

For å begrense overspenninger som kan oppstå i nettverket før jordingsmotstandene slås på, er det planlagt å installere overspenningsavledere på samleskinnene. Deres termiske stabilitet må sikres i en tid til jordingsmotstandene er slått på og den skadede forbindelsen oppdages av relébeskyttelsen. Etter å ha fungert, kobler relébeskyttelsen fra den skadede forbindelsen, hvoretter jordingsmotstandene kobles fra. Jordingsmotstander er laveffekt, varmeabsorberende, med en termisk stabilitetstid i størrelsesorden 10–20 sekunder.

Eksempel på gjeldende fordeling

På fig. 3 viser fordelingen av strømmer i kretser.

Ved konstruksjonen av figuren ble det lagt til grunn at:

- kapasitansene til fasene til kraftoverføringslinjen i forhold til bakken er mange ganger høyere enn kapasitansene til de gjenværende elementene i kretsen;

Lekkasjer gjennom spenningstransformatorer kan neglisjeres;

Den aktive strømmen i faseisolasjon i forhold til jord er ubetydelig;

Motstanden til kraftledninger og transformatorviklinger er ubetydelig.

På diagrammet på fig. 3 viser ikke koblingsanordninger og overspenningsavledere. Her er Tr tilførselstransformatoren; PTL1 - PTL, hvor det oppstod en fase-til-jord kortslutning; PTL2 - intakt kraftoverføringslinje (eller en gruppe av slike linjer); R1 - jordingsmotstander.

Figuren viser at de aktive strømmene til jordingsmotstandene er lukket gjennom forsyningstransformatoren Tr og den skadede fasen til kraftoverføringslinjen1. Som et resultat flyter summen av aktive strømmer til motstandene i intakte faser og den kapasitive strømmen til den intakte kraftoverføringslinjen for å beskytte den skadede kraftoverføringslinjen. Bare den kapasitive strømmen til denne kraftledningen flyter gjennom beskyttelsen av en intakt overføringslinje.

Metoden for resistiv jording beskrevet ovenfor ble implementert på tre transformatorstasjoner i Khanty-Mansiysk distribusjonssoner i Nefteyugansk elektriske nettverk. Driftserfaringen som er tilgjengelig til dags dato bekrefter den høye effektiviteten til en slik teknisk løsning. I tilfellet med denne ordningen, som våre studier viser, reduserer jordingsmotstander også verdien av kmax, og dermed kbr. Samtidig, for å oppnå samme effekt av motstandsmotstand i kretsene på fig. 2, 3 bør tas 3 ganger større enn når en jordingsmotstand er koblet, for eksempel til nøytralen til en krafttransformator.

Ris. 1. Oscillogram av nullsekvensstrømmen i transientprosessen til en enfaset jordfeil i et 35 kV nettverk

Ris. 2. Inkludering av jordingsmotstander mellom faser og jord ved jordfeil

Ris. 3. Fordeling av strømmer i kretskretser

De utførte studiene lar oss trekke følgende konklusjon: bruk av jordingsmotstander uten nøytralisatorer fører til muligheten for å redusere verdien av kbr. Bruken av nøytralisatorer reduserer denne effekten betydelig, i de fleste tilfeller reduserer den praktisk talt til null.

Som et resultat, når du kobler jordingsmotstander gjennom nøytrale, bør verdiene for kastekoeffisienten kbr tas, som for et nettverk med en isolert nøytral, i samsvar med anbefalingene.

Når du slår på jordingsmotstandene i henhold til skjemaene beskrevet ovenfor uten bruk av nøytralisatorer, kan de beregnede verdiene av kbr reduseres. Hvis strømmen til jordingsmotstanden er omtrent lik den totale kapasitive strømmen til nettverket (som anbefalt for optimal overspenningsdemping), kan verdiene til overspenningsfaktorene i henhold til tas på nivået 1,2-1,3.

Hvis motstanden til jordingsmotstandene er betydelig større enn kapasitansen tre faser nettverk (som ofte er tilfellet for store verdier av kapasitiv strøm), kan verdien av k br enten tas den samme som for nettverk med en isolert nøytral, eller bestemmes etter ytterligere beregninger av transientstrømmene til OZZ.

I en av funksjonene til buebrenning i huskabler med papir-olje-isolasjon ble beskrevet. Det handlet om det faktum at i det innledende stadiet av SPZ fører tenningen av en lysbue i en slik kabel til nedbrytning av olje-kolofonium-impregneringen og frigjøring av en betydelig mengde gasser som slukker den resulterende buen. Inntil de dannede gassene "slapp" inn forskjellige sider fra stedet for buen mellom papirlagene, brenner ikke buen. Samtidig, på grunn av den resulterende "pausen" i nullsekvensstrømmen, kan beskyttelsen mot SPGF, som har en tidsforsinkelse, ikke fungere. Årsaken er at under en strømløs pause, går det gjeldende elementet tilbake til sin opprinnelige tilstand, og tidsforsinkelseselementet, etter å ha "ikke regnet ut" den innstilte tidsforsinkelsen, går også tilbake til sin opprinnelige tilstand.

For å forhindre slike svikt i beskyttelsen mot SPD, er det i noen importerte beskyttelser (så vel som i beskyttelsen av enheten produsert i fellesskap av Novosibirsk State Technical University og PNP BOLID LLC), en mulighet til å huske det faktum å starte beskyttelsen . Hvis det var en "peck" av det nåværende organet, huskes dette faktum i en tid på opptil 0,3 s, og når "peck" gjentas, fungerer beskyttelsen for å slå av. For slike beskyttelser, selv om det er en jordingsmotstand i nettverket, anbefales det å ta en økt verdi på kbr, for eksempel lik 1,5.

Omfanget av ikke-retningsbestemt beskyttelse

Generelt kan ikke-retningsbestemt strømbeskyttelse mot SPGF være effektiv bare i installasjoner med et stort antall tilkoblinger koblet til seksjonen, som hver har en liten kapasitiv strøm. Da vil avstemming fra denne strømmen i samsvar med (1) ikke føre til en uakseptabel reduksjon i følsomheten. Dette tilfellet er typisk for for eksempel verksteder til bedrifter med et stort antall laveffekts elektriske motorer koblet til via korte kabler.

Hvis en bueslukkereaktor er installert i et slikt nettverk, så for å sikre effektiv handling Det er hensiktsmessig å koble en jordingsmotstand parallelt med denne reaktoren, og strømmen som flyter gjennom motstanden i tilfelle en SPE bør overskride innstillingen for den "groffeste" beskyttelsen med 1,5–2 ganger. I dette tilfellet kan ikke-retningsbestemt strømbeskyttelse gi nødvendig selektivitet og høy følsomhet ved feil.

En betydelig økning i effektiviteten kan oppnås ved bruk av null-sekvens strømbeskyttelse med relativ måling. For eksempel er det enal, hvis prinsipp er basert på å sammenligne verdiene til nullsekvensstrømmene i alle tilkoblinger til den beskyttede delen av samleskinnene. Det er ikke nødvendig å justere driftsstrømmen fra de kapasitive strømmene til forbindelsene. I fravær av en lysbue-undertrykkende reaktor i nettverket, gjør slik beskyttelse det mulig å effektivt identifisere en skadet forbindelse i tilfelle feil.

Litteratur

1. Shalin A.I. Jordfeilvern i 6–35 kV nett. Et eksempel på beregning av innstillinger // News of Electrical Engineering. - 2005. - Nr. 4 (34).

2. Shalin A.I. Jordfeil i 6–35 kV-nett. Fordeler og ulemper med ulike beskyttelser // News of Electrical Engineering. - 2005. - Nr. 3 (33).

3. Shabad M.A. Beregninger av relébeskyttelse og automatisering av distribusjonsnett. - St. Petersburg: PEIPC, 2003. - 350 s.

4. Andreev V.A. Relébeskyttelse og automatisering av strømforsyningssystemer. - M.: Høyere skole, 1991. - 496 s.

5. Aleksandrov A.M. Valg av innstillinger for beskyttelse av asynkrone elektriske motorer med spenninger over 1 kV. St. Petersburg: PEIPC, 2001.

6. Chelaznov A.A. Utvikling av tekniske forskrifter og standarder innen energifeltet til OAO Gazprom // Proceedings of the third all-russian vitenskapelig og teknisk konferanse "Surge limitation and neutral grounding modes of networks 6–35 kV" / Novosibirsk, 2004. - S.12 –25.

7. Om å forbedre påliteligheten til 6 kV-nettverk for hjelpebehov til NPP-kraftenheter. Rundskriv Ts-01-97(E). – M.: Rosenergoatom, 1997.

8. Lurie A.I., Panibratets A.N., Zenova V.P. et al. Serie nøytralisatorer av FMZO-type for drift med magnetiseringsstyrte lysbueslukkende reaktorer av RUOM-serien i distribusjonsnettverk med isolert nøytral // Elektrotekhnika. - 2003. - Nr. 1.

9. Elektroteknisk oppslagsbok. Bind 3. Produksjon, overføring og distribusjon elektrisk energi/ Under hovedredaktørskapet til MPEI-professorene V.G. Gerasimova og andre (sjefredaktør A.I. Popov) - 8. utg. - M.: MPEI Publishing House, 2002. - 964 s.

10. Bukhtoyarov V.F., Mavritsyn A.M. Jordfeilvern for steinbrudds elektriske installasjoner. – M.: Nedra, 1986. – 184 s.

11. Korogodsky V.I., Kuzhekov S.L., Paperno L.B. Relébeskyttelse av elektriske motorer med spenning over 1 kV. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 248 s.

12. Patent for oppfinnelsen av den russiske føderasjonen nr. 2157038. En enhet for å oppdage forbindelse med en jordfeil i et nettverk med en isolert nøytral / Shalin A.I. Bulletin of Inventions nr. 27, 2000

13. Shalin A.I. Jordfeil i 6–35 kV-nett. Tilfeller av feil beskyttelseshandlinger // News of Electrical Engineering. - 2005. - Nr. 2 (32).