Высокоомный резистор

Дуговые перенапряжения в сетях с нейтралью, заземленной через

Многочисленные теоретические исследования и опыт эксплуатации показывают, что уменьшить величину дуговых перенапряжений и число замыканий на землю без значительного искусственного увеличения тока замыкания на землю, сохранив тем самым возможность работы сети без автоматического отключения однофазных повреждений, можно за счет включения в нейтраль сети высокоомного РЗ (рис.13.5, ключ В₂ замкнут, В₁ разомкнут).

Высокоомный резистор R_N в нейтрали системы (как правило, в нейт­рали специального вспомогательного трансформатора мощностью не менее S = U ²_ном /(3·R_N)) обеспечивает стекание заряда нулевой последовательности за время Т между ближайшими замыканиями (при U_np>Uф_тах), составляющее полупериод промышленной частоты

(Т =0,01 сек). Таким образом, имея выражение для постоянной времени T=R_N··3C и полагая практически полное стекание заряда за время t=3T=0,01 сек, получаем выражение: 3T = 3·R_N··3C=0,01

откуда R_N= 1 /(900 · C) (13..5)

Резистор, выбранный исходя из этого условия, создает в месте повреж­дения активную составляющую тока, примерно равную емкостной. Действи­тельно, емкостный ток замыкания равен: I_С = 3 ·ωС ·Uф, а ток резистора I_RN = Uф / R_N Из условия I_С = I_RN получаем:

R_N = Uф / I_С =1 / 3ωС ≡ 1 /(900 · C)

что совпадает с (2.5).

При чисто емкостной цепи замыкания на землю резистор, выбранный таким образом, увеличивает ток замыкания в √ 2 раз.

На рис.13.6 показан процесс возникновения однофазного замыкания в сети с высокоомным резистором в нейтрали R_N=700 Ом (на рис.2.5 ключ В₂ замкнут, В₁ разомкнут). Из рис.13.6 видно, что первичное замыкание, сопровож­дающееся перенапряжением, примерно такой же кратности (2,14) было единственным (при U_np>1), так как при такой величине резистора обеспечивается практически полное стекание заряда нулевой последова­тельности (равенство нулю напряжения на нейтрали) за время от момента самогашения дуги до момента возникновения максимального напряжения на поврежденной фазе, которое становится близким к фазному (в данном расчете 1,07).

Даже в том случае, если пробивное напряжение ослабленного места станет меньше амплитуды фазного напряжения (U_np < 1), и может установиться процесс многократных зажиганий и гашений дуги, кратность

Рис.13.6 Дуговое замыкание в сети 6 кВ с нейтралью заземленной через высокоомный резистор (ток однофазного замыкания на землю 5А).

дуговых перенапряжений не превысит таковую при первом зажигании, то есть 2,2...2,5.

Важной особенностью применения высокоомного резистивного зазем-ления нейтрали является то, что при снижении емкости сети постоянная времени стекания заряда нулевой последовательности через выбранный резистор уменьшится, и, следовательно, стекание заряда будет происходить еще быстрее.

13.5. Дуговые перенапряжения в сетях с компенсацией емкостного тока

В сетях 6, 10, 35 кВ с токами замыкания на землю более 30, 20 и 10 А соответственно, согласно [2] применяется их компенсация путем установки дугогасящих реакторов. При резонансной настройке, когда емкостное сопротивление на землю равно индуктивному сопротивлению реактора, мы получаем ряд благоприятных условий протекания процессов при однофазных замыканиях:

Рис.13.7. Однофазное замыкание в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор.

Емкостный ток замыкания на землю 70 А. Коэффициент компенсации емкостного тока равен К=1

минимальный ток промышленной частоты в месте повреждения, минимальная скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги, минимальный уровень дуговых перенапряжений. Пример такого процесса, полученный с помощью программы NRAST, показан на рис.13.7 (расчетная схема сети — рис.2.5, ключ В₁ замкнут, В₂ разомкнут). Видно, что в отличие от системы с изолированной нейтралью, однократное замыкание с самогашением дуги вызывает колебательный затухающий процесс изменения напряжения на нейтрали. Частота этого процесса тем ближе к промышленной, чем ближе коэффициент компенсации к единице.

В реальных условиях изменяющейся емкости сети, недостаточных мощностей дугогасящих реакторов и отсутствия систем автоматической на­стройки компенсации обеспечить режим благоприятной во многих отношени­ях резонансной настройки оказывается невозможным (тем более, что согласно [2], рекомендуется работа с перекомпенсацией и временно — с недокомпенсацией).

Однако расстройка полной компенсации нежелательна не только из-за увеличения в месте замыкания составляющей тока промышленной частоты, но она также значительно ухудшает картину возникающих при этом перенапряжений. Так на рис.13.8а,б показан процесс однократного замыкания и последующего гашения заземляющей дуги в условиях недокомпенсации (рис.13.8а) и перекомпенсации (рис.13.86). Здесь в отличие от случая полной компенсации ликвидация дугового замыкания сопровождается процессом биения (наложением на установившееся напряжение промышленной частоты свободной составляющей близкой частоты). Эта свободная составляющая создается колебаниями в контуре L_р-3С (индуктивность реактора - утроенная емкость сети на землю). Зависимость частоты этой составляющей от степени компенсации может быть определена из системы уравнений:

К =1/ (3ω² L_рС), где ω = 2πf₅₀ и f₅₀ = 50 Гц

f = 1 / (2π √ L_р3С)

Выражая величину 3 L_рС из первого уравнения и подставляя во второе получим выражение для частоты свободной составляющей (или частоты напряжения на нейтрали):

f =f₅₀ /(√1/ К) =50√К (2.6) Расчет частоты напряжения на нейтрали по формуле (1.26) для случаев рис.13.8а,б дает: в случае недокомпенсации (К=0,75) частоту 43,3 Гц, в случае перекомпенсации (К=1,25) 55,9 Гц, что совпадает с компьютерным расчетом.

График зависимости (13.6) приведен на рис.13.9. Из графика (рис.13.9) видно, что при недокомпенсации частота свободной составляющей будет меньше 50 Гц, а при перекомпенсации больше.

При биениях напряжение на поврежденных фазах достигает существенно больших значений (в примерах рис.13.8а, б — кратности перенапряжений на поврежденной фазе, достигаемые в процессе биений, составляют 1,62... 1,8, на неповрежденных — 1,5...2,0). При этом становится возможным режим многократных пробоев ослабленного места при высоких значениях пробивного напряжения. Так на рис.13.10 можно видеть такой процесс при U_nр =1,7, когда на здоровых фазах возможны высокие кратности дуговых перенапряжений — 2,6...2,8. Напомним, что при резонансной настройке многократные пробои могут иметь место только при U_пр < 1.

Снижение перенапряжений в сети при расстройке дугогасящего реактора (а также при несимметричных режимах, сопровождающихся резонансными перенапряжениями) может быть достигнуто путем применения высокоомного резистора, включенного параллельно ДГР (в схеме рис.13.5, выключатели В₁ и В₂ включены).

Рис.13.8 Однофазное замыкание в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. Емкостный ток замыкания на землю 70 А:

а) коэффициент компенсации емкостного тока равен К=1,2 (перекомпенсация);

б) К =0,8 (недокомпенсация).

Рис.13.9 Зависимость частоты свободной составляющей биений после исчезновения замыкания на землю от степени компенсации

Рис.13.10. Многократные замыкания в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. Емкостный ток замыкания на землю 70 А. Коэффициент компенсации емкостного тока равен К= 1,25 (перекомпенсация).

Выбор резистора с помощью соотношения R_N = U_ф / ∆ Iς (отно-

сительно тока расстройки ∆ Iς =|I_P-I_c|) приводит к прекращению биений напряжений на фазах после погасания дуги и, как следствие, к

прекращению пробоев на поврежденной фазе при пробивном напряжении ослабленного места больше фазного (U_np > Uф_тах). Максимальная кратность перенапряжений здесь определяется первым замыканием и не превышает Umax ⁼ (2,0…2,2)·U_{ф тах} как видно из рис.13.11.

Применение высокоомного резистора в случае резонансной настройки приводит к некоторому увеличению числа повторных зажиганий, но только для U_np < U_{ф тах} кратность перенапряжений здесь не превосходит таковую для идеальной настройки реактора. Высокоомный резистор весьма благоприятно сказывается на снижении времени воздействия повышенных напряжений на изоляцию неповрежденных фаз даже в случае резонансной настройки ДГР, что является несомненным достоинством такой схемы заземления нейтрали.

Рис.13.11. Однофазное замыкание в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор и параллельный ему резистор RN= 770 Ом, выбранный по ∆Iς = 7,5 А при К=1,25, емкостный ток замыкания на землю 30 А.

Использование высокоомного резистора параллельно дугогасящему реактору позволяет выполнить простую селективную релейную защиту от

устойчивых замыканий на землю на токовом принципе. При наличии резистора в токе замыкания на землю присутствует активная составляющая, которая протекает только через поврежденное присоединение.

Рассмотренные выше случаи однофазных замыканий в сети с дугогасящим реактором дают представление о характере переходных процессов при достаточно длительном горении дуги в месте замыкания. Время горения дуги таково, что высокочастотный ток в месте замыкания практически затухает. Однако, например, в кабельных сетях возможны так называемые «самозаплывающие» пробои изоляции (в компаундах кабельных муфт, концевых воронках). В таких случаях дуга высокочастотного тока, возникающего в момент пробоя, может гаснуть при первом же переходе тока через нуль и прочность изоляции в месте повреждения восстанавливается на достаточно высоком уровне. Подобный процесс изображен на рис.13.12.

Рис.13.12. Однофазное замыкание в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. Емкостный ток замыкания на землю 70 А. Коэффициент компенсации емкостного тока равен К=1. Гашение дуги происходит в первый нуль высокочастотного тока.

Существенное отличие процесса (рис.13.12) от процесса (рис.13.7) состоит в том, что из-за гашения высокочастотного тока в первый же нуль на нейтрали остается большее напряжение, чем в случае, когда гашение происходит после затухания переходного тока. Поэтому, после исчезновения замыкания, на нейтрали и неповрежденных фазах существуют затухающие колебания с большей амплитудой чем в случае (рис.13.7). Из-за наличия на нейтрали напряжения большего чем фазное, напряжение на поврежденной фазе нарастает не с нуля, а имеет в первый момент после гашения тока замыкания пик гашения величиной 0,8 Uф и затем более сложный характер изменения чем в случае (рис.13.7). Расстройка компенсации ухудшает переходные процессы, возникающие при гашении дуги в первый нуль высокочастотного тока. На (рис.13.13а,б ) показаны подобные процессы. Отличительной особенностью этих осциллограмм является то, что после погасания дуги высокочастотного тока в первый нуль на одной из неповрежденных фаз в течение нескольких полупериодов промышленной частоты существуют перенапряжения с кратностью 2,1-2,3 (больше чем на рис.13.8). Это может вызвать пробой изоляции на неповреждённой фазе и, одновременно, повторный на поврежденной, что приведет к двойному замыканию на землю и отключению потребителей. Снизить перенапряжения в таких случаях можно, используя высокоомный резистор, включенный параллельно дугогасящему реактору.

Рис.13.13. Однофазное замыкание в сети 10 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор. Емкостный ток замыкания на землю 70 А. Гашение дуги происходит в первый нуль высокочастотного тока:

а) коэффициент компенсации емкостного тока равен К=1,2 (перекомпенсация);

б) К=0,8 (недокомпенсация).

Дата добавления: 2014-01-11