Недокомпенсация емкостного тока что это
Компенсация тока замыкания на землю
Компенсация тока замыкания на землю
Уменьшения емкостного тока замыкания на землю в системах с изолированной нейтралью до значения, при котором гаснет дуга в месте повреждения, достигают заземлением нейтрали генератора или трансформаторов через дугогасящие реакторы, индуктивное сопротивление которых приблизительно равно емкостному сопротивлению системы, то есть ω*L=1/(3*ω*С).
Наибольшее распространение получили дугогасящие реакторы, состоящие из сердечника и обмотки, расположенных в кожухе, заполненном трансформаторным маслом. Индуктивность реактора L регулируют изменением числа витков или зазора сердечника. Активное сопротивление реактора r мало по сравнению с индуктивным.
При компенсации емкостного тока Iз в месте замыкания индуктивным током IL система может длительно работать с замкнутой на землю фазой, при этом напряжения во всех точках сети имеют те же значения, что и в системе с изолированной нейтралью. показателем эффективности компенсации является отношение количества замыканий на землю, не развившихся в КЗ, к общему числу замыканий. В компенсированных системах этот показатель составляет 0,6-0,9, а в системах с изолированной нейтралью 0,3. В системах с компенсацией емкостного тока на землю не требуется релейная защита от замыкания на землю, действующая на отключение линий, трансформаторов и генераторов, а также электродвигателей, подключенных непосредственно к сети, а достаточно установки избирательной сигнализации. Исключение составляют системы напряжением 3-35 кВ с повышенной опасностью обслуживания оборудования, в которых замыкания на землю должны избирательно отключаться. К ним относятся системы электроснабжения шахт, открытых горных разработок, торфяных разработок и др. компенсация емкостных токов обладает следующими выгодными для эксплуатации качествами: уменьшает ток через место повреждения до безопасного значения, обеспечивая этим надежное дугогашение; облегчает требования к ЗУ; снижает скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе, вследствие чего вероятность повторного зажигания дуги и возникновения коммутационных напряжений мала; при сохранении устойчивой дуги уменьшает вероятность перехода замыкания на землю в многофазное КЗ и др.
Системы с изолированной нейтралью и нейтралью, заземленной через реактор, относят к системам с малыми токами замыкания на землю (Iз
Рассмотрим систему, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор (рисунок а)). Если I(L)=0, y1=y2=y3, Ua+Ub+Uc=0, то векторная диаграмма напряжений и токов системы с компенсацией емкостного тока на землю не отличается от векторной диаграммы для системы с изолированной нейтралью (рисунок в)). В случае однофазного замыкания на землю, например фазы А, токи и напряжения в фазах можно определить по формулам из статьи: Система с изолированной нейтралью.
Как видно из векторной диаграммы, приведенной на рисунке б), векторы тока реактора I(L) и емкостного тока замыкания на землю Iз сдвинуты относительно друг друга на 180⁰. Поэтому при резонансной настройке реактора [ω*L = 1/(3*ω*С)] его индуктивный ток компенсирует емкостные токи фаз. Однако практически через место замыкания протекает незначительный ток, состоящий из активной и реактивной составляющих. Первая обусловлена активным сопротивлением реактора и системы, вторая — неточной настройкой реактора. Кроме того, этот ток может быть вызван короной на проводах, которая иногда возникает при повышенных в √3 раз напряжениях на неповрежденных фазах и может привести к увеличению емкостных токов и появлению дополнительных активных составляющих токов в фазах, а также токами высших гармоник.
При резонансной или близкой к ней настройке реактора исключается возможность существования устойчивой дуги, что является основным преимуществом рассматриваемого способа заземления нейтрали по сравнению с изолированной нейтралью. Амплитуда перенапряжений при такой настройке не превышает 2,6 Uф. Однако при расстройке компенсации более чем на ±5% перенапряжения в компенсированных системах принимают такие же значения, как и в системах с изолированной нейтралью. При невозможности достичь резонансной настройки предпочтительно иметь небольшую перекомпенсацию (I(L)>3Iс), так как недокомпенсация емкостного тока в аварийных случаях и при несимметрии емкостей фаз может привести к появлению перенапряжений более высокого порядка, чем в системах с изолированной нейтралью.
Эффективность компенсации во многом зависит от совершенства дугогасящих реакторов. Эффективность компенсации при неизменной настройке реактора составляет 0,6. а при использовании реактора с подмагничиванием и автоматической быстродействующей настройкой 0,9.
Дугогасящие реакторы необходимо устанавливать практически во всех системах напряжением 35 кВ, если ток замыкания составляет более 10 А, а также в системах напряжением 3-20 кВ, имеющих линии электропередачи с железобетонными и металлическими опорами с токами замыкания также более 10 А. Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах в системах, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: более 30 А при напряжении 3-6 кВ; более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении 15-20 кВ; более 5 А в схемах напряжением 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор (на генераторном напряжении). При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих дугогасящих реакторов. Реактор может быть включен в нейтраль одного работающего трансформатора, который при этом получает дополнительную нагрузку. Допускают включение реактора мощностью, равной 50 % мощности трансформатора, при условии, что он будет работать с наибольшим током компенсации не более 2 часов.
К недостаткам систем с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, можно отнести: повышенные капитальные затраты, вызываемые повышенными требованиями к уровню изоляции электроустановок; сложность эксплуатации из-за необходимости вести постоянное наблюдение за состоянием компенсации и трудности определения места повреждения, если оно не развивалось; возможность повышения напряжения неповрежденных фаз относительно земли более межфазного и существование перенапряжении, если нет точной настройки и дуга устойчива; повышение напряжения в системе при нормальном режиме и аварийном, если система обладает хотя бы небольшой несимметрией; увеличение капитальных затрат и эксплуатационных расходов в связи с установкой дугогасящих аппаратов по сравнению с системой с изолированной нейтралью.
Однофазные замыкания на землю. Компенсация емкостных токов замыкания на землю. ДГР
1. Основные характеристики ОЗЗ
В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.
Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.
Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.
Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ
Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.
На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.
Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ
При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.
2. Последствия ОЗЗ
Несмотря на преимущества изолированной нейтрали, такой режим работы имеет ряд недостатоков:
Несмотря на перечисленные недостатки ОЗЗ не требует немедленного ликвидации повреждения. Согласно ПУЭ, при возникновении ОЗЗ возможно эксплуатация сети без отключения аварии в течении 4 часов, которые выделяются на поиск поврежденного участка.
3. Расчет суммарного тока ОЗЗ
При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.
Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.
Выражение для определения тока ОЗЗ:
,
где С∑ – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С∑ = Суд l;
Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км;
l – общая длина проводника одной фазы сети.
Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:
,
Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.
4. Компенсационные меры защиты
Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.
В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю.
Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.
Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации
| Напряжение сети, кВ | 6 | 10 | 20 | 35 |
| Емкостный ток, А | 30 | 20 | 15 | 10 |
При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.
5. Дугогасящий реактор
Для ограничения емкостных токов в нейтраль трансформатора вводится специальный дугогасящий реактор (рис. 3).
Рисунок 3 – Дугогасящий реактор
Этот способ является наиболее эффективным средством защиты электрооборудования от замыканий на землю и компенсации емкостного тока. С его помощью удаётся снизить (компенсировать) ток однофазного замыкания на землю, возникающий сразу после аварии.
6. Основные характеристики ДГР
Дугогасящий реактор (ДГР) – это электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным нормативным документом регламентирующим работу, установку и надстройку ДГР является Р 34.20.179.
Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители. В цепи заземления реакторов должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения ДГР представлены на рис. 4.
Рисунок 4 – Схема подключения ДГР: а) подключение ДГР к трансформаторам СН; б) подключение ДГР к нейтрале силового трансформатора
Индуктивность ДГР подбирается из условия равенства емкостной проводимости сети и индуктивной проводимости реактора. Таким образом, происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (как правило, не превышают 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией.
Современные ДГР имеют различные конструктивные особенности и производятся для огромного диапазона мощностей. В таблице 2 приведен ряд параметров дугогасящих реакторов разных производителей.
Сети с компенсированной нейтралью: режимы работы, достоинства и недостатки
Сети 6-35 кВ в РФ в основном выполняются с изолированной нейтралью. За счет этого минимизируются токи короткого замыкания на землю. Это повышает надежность работы сети, так как некоторые «земли» самоустраняются. А с другими сеть может работать длительное время, необходимая для поиска места КЗ, его локализации, производства необходимых переключений. В результате можно сохранить работоспособность электрооборудования потребителей, грамотно выводя из строя линию с повреждением, заменив ее резервной.
Малые токи КЗ на землю позволяют занизить и требования к заземляющим устройствам. Наличие всего трех проводов и режимов работы сети со сверхтоками только при междуфазных замыканиях между ними позволяет упростить и устройства РЗА. Достаточно установить два трансформатора тока для регистрации любых замыканий между фазами. Традиционно они ставятся в фазы «А» и «С».
Недостатки сети с изолированной нейтралью.
Но за простоту всегда приходится платить.
Для того, чтобы электрооборудование выдерживало этот режим, оно изначально рассчитывается на линейное напряжение сети. Но и этого оказывается мало. Всегда существуют участки с ослабленной изоляцией, на которые резкое повышение напряжения может подействовать губительно. Возникает двойное замыкание, ток его возрастает. Нередко в случаях КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью происходят повреждения электрооборудования в местах, достаточно далеких от места КЗ.
Добавим к этому и тот факт, что при замыканиях, происходящих через дугу, регулярно погасающую в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, фазное напряжение возрастает далеко не в корень из трех раз. Оно становится больше линейного. Считается, что в этих случаях напряжение может подскакивать в 2,5 раза, и даже более.
Еще один недостаток, связанный с замыканиями на землю: в трансформаторах напряжения при этом происходят феррорезонансные процессы. Это приводит к выходу их из строя за счет перегрева первичной обмотки резонансными токами, во много раз превышающими номинальный. С этими процессами борются, усложняя конструкцию ТН и их цепей, но стопроцентной защиты пока достичь не удается.
Емкостные токи замыкания на землю.
Но и токи замыкания на землю не всегда бывают такими уж и небольшими. За счет чего они образуются? Ведь очевидного пути для их распространения нет – нейтраль-то изолирована.
При КЗ на землю одной из фаз ее емкость выпадает из общей картины. Но в точке замыкания она через землю и эквивалентные емкости соединяется с другими фазами сети. Через эту цепь и протекает ток замыкания, носящий емкостной характер.
Ток этот можно рассчитать, и даже измерить. При превышении им определенных значений замыкание уже не будет таким безобидным, его действие будет довольно разрушительным.
Компенсация емкостных токов
При превышении емкостными токами замыкания на землю величин, указанных в таблице, сеть должна быть снабжена установками компенсации.
Установка компенсации емкостных токов состоит из двух элементов. Первый из них – трансформатор, задача которого – выделить из трехфазной сети потенциал нейтрали. Это почти обычный силовой трансформатор, у которого первичная обмотка соединена в звезду с нулевым выводом. Нейтраль звезды соединяется с землей через дугогасящую катушку.
Второе ее название – катушка Петерсона. Она бывает также похожа на силовой трансформатор с маслонаполненным баком, а иногда имеет и другую конструкцию. Но основная ее особенность в том, что ее индуктивность регулируется, плавно или ступенчато.
При отсутствии замыкания ток через катушку минимален. Предварительно ее настраивают в резонанс с общей емкостью сети. На устройствах со ступенчатой регулировкой это выполняется довольно приближенно и грубо. Если суммарное емкостное сопротивление сети больше, чем индуктивное сопротивление катушки, этот режим работы называется недокомпенсацией. Если ситуация противоположная – перекомпенсацией. Режим с перекомпенсацией для электроустановок является предпочтительным.
Но емкостное сопротивление сети постоянно изменяется в зависимости от подключенных к ней кабельных линий. В результате режим установки компенсации требует постоянной корректировки. Наиболее эффективным является применением плавной регулировки индуктивности катушки Петерсона. Он производится за счет изменения зазора в ее магнитопроводе с помощью специального электропривода. За этим следит автоматика.
Помимо основного электрооборудования в состав установки компенсации емкостных токов, входят и вспомогательные элементы. Это трансформатор тока, служащий для измерения тока замыкания на землю, специальная обмотка для выделения 3Uo.
Работа установки компенсации
При замыкании на землю в точку КЗ течет емкостной ток сети. При наличии установки компенсации туда же отправляется и ток через дугогасящую катушку. В точке КЗ они взаимно компенсируют друг друга, снижая или сводя к минимуму ток в поврежденной фазе.
При этом дуговое замыкание при переходе синусоидального напряжения КЗ через ноль гаснет. Для ее повторного зажигания напряжения оказывается недостаточно. Так минимизируются все вредные воздействия замыкания на землю на всю сеть целиком.
Составляющей тока, оставшейся нескомпенсированной, достаточно для срабатывания земляной защиты присоединения. Тем не менее, ее рано вводить на безусловное отключение линии, так как ошибки в действиях защиты все же случаются.
Чтобы сделать работу ОЗЗ максимально эффективной, современные катушки Петерсона содержат в своем составе резистор с заранее рассчитанной величиной сопротивления. В момент замыкания контактором он подключается в цепь катушки на ограниченное время, достаточное для срабатывания защиты. Так нейтраль кратковременно приобретает резистивное заземление.
За счет ввода активной составляющей тока замыкания на землю произойдет отключение только линии, подпитывающей КЗ.
Недостатки сети с компенсированной нейтралью
Основной недостаток, связанный с применением установок компенсации, как ни странно, вытекает из их достоинства. Снижая величину емкостного тока, они минимизируют повреждения в точке КЗ и не дают ему развиться до междуфазного.
Если речь о кабельной линии, то найти потом это повреждение достаточно сложно.
К тому же компенсированная нейтраль не излечивает полностью сети с изолированной нейтралью от их собственных недостатков, описанных выше.
Объявления
Если вы интересуетесь релейной защитой и реле, то подписывайтесь на мой канал
Режим недокомпенсации нейтрали
Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться
Сообщений 6
1 Тема от gavrilovone 2017-07-19 08:41:20
Тема: Режим недокомпенсации нейтрали
здравствуйте, разъясните пожалуйста. в РД пишут, что работа с недокомпенсацией емкостного тока не допускается. Разрешается применение настройки с недокомпенсацией лишь временно при отсутствии ДГР необходимой мощности, при условии, что аварийно возникающие несимметирии емкостей фаз в сети (например, в результате обрывов или перегораний плавких вставок предохранителей) не приводят к появлению напряжений смещения нейтрали, превышающей 0,7 Uф. При недокомпенсации расстройка не должна превышать 5 %.
но ведь при замыкании на землю будет смещение нейтрали на 100% так как в нуле появиться фазное напряжкние. о каких аварийных случаях тогда идет речь, при которых могут появится несимметрии 70% фазного? и что подразумевается под настройкой, изменение индуктивности катушки?
если один дгр 6кВ в ремонте, а другой не вытягивает и получается режим недокомпенсации. на сколько можно или нет оставлять в таком состоянии?
2 Ответ от retriever 2017-07-19 11:28:03 (2017-07-19 11:30:24 отредактировано retriever)
Re: Режим недокомпенсации нейтрали
3 Ответ от matu 2017-07-19 11:46:24
Re: Режим недокомпенсации нейтрали
здравствуйте, разъясните пожалуйста. в РД пишут, что работа с недокомпенсацией емкостного тока не допускается.
4 Ответ от ПАУтина 2017-07-19 12:38:54
Re: Режим недокомпенсации нейтрали
Да, что там части сети, такое было даже при штатном отключении одной более-менее длинной КЛ 6 кВ, пока не начали выводить реактор на перекомпенсацию, а так до этого тупо по прибору подводили ток на минимум (долго и не могли понять, так как не знали недокомпенсировали или перекомпенсировали) и не могли понять, почему при отключении одной сразу прошибается изоляция у другой или даже двух КЛ. Реально, городская сеть Петропавловска Камчатского, примерно 1998-99 г.
5 Ответ от doro 2017-07-19 17:40:30
Re: Режим недокомпенсации нейтрали
А подробнее можно? То ли в качестве конкретных наблюдений, то ли элементов анализа.
Не далее как сегодня на курсах, посвященных анализу аварийных событий, привел причины отключения смежных элементов при ОЗЗ на одном из фидеров на основании осциллограмм, предоставленных двумя Сергеями из Беларуси (размещены на одной из страниц моего сайта). Осциллограммы очень похожи, повторное ОЗЗ перебрасывается на второй фидер именно в момент отключения первого. Но один из слушателей (состав подобрался очень сильный) вступает с комментарием: так если здесь сочетание вакуумного выключателя с кабелями из СПЭ, событие явно ожидаемое и неоднократно подтверждалось конкретными событиями. ВВ при своем быстродействии в сочетании с индуктивностью отключаемого элемента выдает очень большие перенапряжения, кабель из СПЭ, в отличие от своего маслонаполненного коллеги, не умеет зализывать раны.
Естественно, двадцать лет назад ВВ и СПЭ если и были, то в качестве экзотики.
6 Ответ от Lekarь 2017-07-19 20:13:23
Re: Режим недокомпенсации нейтрали
Если произойдет отключение не просто части, а неполнофазное отключение, то перенапряжения почти всегда гарантированы, которые влекут за собой повреждения оборудования. Этим и вызваны требования НТД, с целью недопущения перенапряжений.