Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Устройство автоматического повторного включения линии. Особенности работы, область применения, достоинства и недостатки

Опасность замыкания на землю через электрическую дугу, понятие перемежающей дуги.

Внутренние и внешние перенапряжения.

Причины возникновения замыкания одной фазы на землю в электрических установках.

Тема 1.4. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЗАМЫКАНИИ ОДНОЙ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ.

ЗАНЯТИЕ 5

3. Основные схемы сети: трехфазная система с незаземленной нейтралью, трехфазная система с глухозаземленной нейтралью, трехфазная система с дугогасящей катушкой.

Причины возникновения замыкания одной фазы на землю в электрических установках.

Наиболее частым видом повреждений в сетях 6-35 кВ являются однофазные замыкания на землю - ОЗЗ (75-90% от общего числа электрических повреждений). Они нередко приводят к крупным авариям, сопровождающимся значительными ущербами.

Замыкание фазы на землю в сетях такого напряжения могут привести к следующим неприятным последствиям:

В сети появляются перенапряжения порядка 2,4 – 3,5 кратных по сравнению с фазным, что может привести к пробою изоляции неповреждённых фаз и переходу ОЗЗ в «двухместное» или двойное замыканий на землю по своим характеристикам близкое к двухфазным коротким замыканиям (КЗ). Риск возникновения таких двойных замыканий заметно вырос в последнее время в связи со старением изоляции электрических машин и аппаратов многих энергетических объектов и отсутствием средств на их модернизацию и замену.

Возможны явления феррорезонанса, от которых в рассматриваемых сетях чаще всего выходят из строя трансформаторы напряжения. Иногда повреждаются и слабо нагруженные силовые трансформаторы, работающие в режиме, близком к холостому ходу.

На воздушных ЛЭП ОЗЗ часто происходит при обрыве провода и падению его на землю. При этом возникает опасность поражения людей и животных электрическим током. Особенно велика такая опасность, если ЛЭП проходит по густонаселённым районам, например, по городу. Такие случаи известны на Российском Севере.

Пробои изоляции статорной обмотки двигателей на металл статора часто происходят через дугу и могут привести к значительным повреждениям не только самой обмотки, но и железа статора (вызвать «пожар железа»). «Пережог» изоляции приводит к появлению опасных витковых или междуфазных коротких замыканий. Неоднократно отмечалось, что «вторичные» пробои изоляции, возникающие после появления в сети 3-10 кВ ОЗЗ происходят именно на двигателях поскольку качество их изоляции обычно уступает качеству изоляции ЛЭП и другого оборудования.

Перекрытие фазной изоляции на арматуру железобетонной опоры, если ЛЭП долго не отключается, может привести к разрушению бетона опоры в месте его соприкосновения с землёй. В результате опора теряет свою прочность и «ложится» на землю.

В результате длительного протекания тока ОЗЗ грунт возле опоры высыхает, растёт его сопротивление, в результате чего увеличивается опасность поражения людей шаговым напряжением или напряжением прикосновения.

Если ОЗЗ длительно не отключается, существенно повышается вероятность возникновения пожаров, например в ячейках КРУ, из-за возникновения высокотемпературной дуги в месте ОЗЗ.

Короткие замыкания в электрических сетях объясняются различными причинами: нарушением их изоляции из-за атмосферных и коммутационных перенапряжений, а также ее старением, механическими повреждениями, повреждениями, вызванными животными и птицами, набросами на провода посторонних предметов, проездом под линиями негабаритных механизмов (кранов с поднятой стрелой, комбайнов и т.п.), падением опор, схлестыванием проводов при ветре, гололеде, «пляске проводов» и т.п. Часто причиной повреждений этих сетей могут быть также неправильные действия обслуживающего персонала, например, ошибочные отключения разъединителями цепи с током, включение разъединителей на закоротку, ошибочные переключения в главных схемах и схемах релейной защиты и автоматики, включения линий на короткие замыкания из-за неснятия заземлителей при ремонтных работах и т.п. Чем лучше организована эксплуатация электроустановки, тем реже бывают в ней короткие замыкания. Однако исключить их полностью нельзя, поэтому принимают меры, чтобы они не вызывали повреждений оборудования и длительных нарушений его работы. Во время коротких замыканий из-за больших токов иногда повышается температура токоведущих частей, и происходят повреждения проводников и изоляции. При этом электродинамические усилия могут разрушить электрооборудование. Снижение напряжения в сети при коротком замыкании вызывает уменьшение вращающего момента электродвигателей потребителей, их торможение и даже полную остановку, а также нарушение работы отдельных участков сетей, ведущее к отключениям потребителей. При коротком замыкании возникает сильное электромагнитное влияние на линии связи и системы железнодорожных блокировок.

 

В последнее время в энергосистемах введено в эксплуатацию значительное количество импортных кабелей, наружная оболочка (броня) которых выполнена многожильными проводниками относительно малого суммарного сечения. Например, при сечении жилы трёхфазного кабеля в 70 ммобщее сечение брони составляет около 20 мм. При возникновении «многоместных» замыканий на землю наружная оболочка сильно перегревается и вызывает пожар покрывающей её пластмассовой изоляции.

При дуговых замыканиях на воздушных ЛЭП наводятся значительные помехи в расположенных поблизости линиях связи (например, телефонной) и т.д.

Если в дополнение к сказанному отметить, что качественные селективные защиты от ОЗЗ по ряду причин на энергетических предприятиях отсутствуют, и в сетях поиск повреждённого присоединения при ОЗЗ часто ведётся «дедовским» методом – поочерёдным отключением присоединений и затягивается на несколько часов.

Как известно, характер процессов, протекающих в сети при ОЗЗ, в большой степени зависит от режима заземления нейтрали.

Внутренние и внешние перенапряжения.

Устройства электрических сетей или подвергаются воздействию, или сами генерируют различные виды перенапряжений.

Перенапряжения – это кратковременное превышение напряжения, опасные для изоляции. Они могут возникать при оперативных переключениях электрических цепей, нарушениях нормальной работы электроустановок в результате возникновения замыканий линии на землю, грозовых разрядах, ударах молнии в линию или вблизи нее и ряде других случаев. Перенапряжения разделяются на внутренние и внешние (атмосферные).


Грозовые (внешние) перенапряжения

Опасные грозовые воздействия на воздушных (ВЛ) и кабельных (КЛ) линиях, подстанционном и двигательном оборудовании возникают при ударах молнии непосредственно в провода и опоры линий, подстанции, распределительные устройства (РУ), а также при приходе по линиям электропередачи (ЛЭП) грозовых волн. Для РУ 6-35 кВ опасны перенапряжения, индуктированные на токоведущих частях при ударах молнии в землю или другие объекты вблизи ЛЭП и подстанций.
При ударе молнии в опору ВЛ без троса импульсное напряжение на изоляции состоит из суммы составляющих:

Uимп(t) = Ur(t) + Uин.м(t) + Uин.э(t),

где Ur(t) — составляющая, вызванная потерей напряжения на сопротивлении заземления опоры;
Uин.м(t) — магнитная составляющая индуктированного напряжения, возникающая при протекании тока по опоре и каналу молнии; Uин.э(t) — электрическая составляющая напряжения.
Импульсное напряжение при ударе молнии в опору определяется параметрами молнии, геометрическими параметрами опоры и величиной сопротивления заземления. Параметры импульса тока при грозовом разряде являются случайной величиной и зависят от скорости главного разряда и эквивалентного сопротивления канала молнии.
При прямом ударе молнии в линию электропередач на проводах создается высокое напряжение относительно земли, под действием которого в обе стороны от места удара вдоль линии распространяются электромагнитные волны. Прямой ток кадой волны проходит по проводам, а обратный – по земле, при кратковременных импульсах этот ток проходит на небольшой глубине.

 

Виды и максимальные значения внутренних перенапряжений в сетях
В сетях внутренние перенапряжения возникают при:

  • включении и отключении воздушных и кабельных линий;
  • отключении ненагруженных трансформаторов;
  • отключении двойного КЗ на землю;
  • отключении двухфазных КЗ;
  • неодновременном включении фаз при пуске электродвигателей;
  • включении электродвигателей при автоматическом вводе резерва (АВР)
  • или автоматическом повторном включении (АПВ);
  • отключении электродвигателей;
  • коммутации нагрузки вакуумными выключателями;
  • дуговых замыканиях на землю;
  • резонансных повышениях напряжения.

Результаты оценки максимальных уровней внутренних перенапряжений в сетях 6-35 кВ даны в таблице 1 Как следует из этой таблицы, максимальные уровни внутренних перенапряжений имеют место при коммутации нагрузки вакуумными выключателями (до 7,0 Uф), а также при отключении электродвигателей и ненагруженных трансформаторов (до 6,0 Uф).При отключении ненагруженного трансформатора вся магнитная энергия,запасенная в сердечнике трансформатора, переходит в электрическую, в связи с чем и возникают перенапряжения.

Резонансные перенапряжения возникают в цепях, содержащих последовательно включенные индуктивность и емкость, если частота собственных колебаний цепи близка к частоте источника. Резонансные напряжения могут развиваться на линиях высокого напряжения при применении продольной компенсации Емкость частично компенсирует индуктивность линии, что повышает устойчивость работы системы. При возникновении короткого замыкания за емкостью и собственной частоте колебания контура индуктивность – емкость, близкой к 50 Гц, в цепи возникает резонанс, приводящий к резкому возрастанию тока. При этом напряжение на емкости будет равно Uc= I *(1/ώC) и достигнет величины, опасной для изоляции конденсаторов продольной компенсации, в связи с чем они защищаются разрядниками и ограничителями перенапряжений

Таблица 1

Режимы Величина перенапряжения
1. Включение воздушных и кабельных линий 3,5 Uф
2. Отключение воздушных и кабельных линий 4,0-4,3 Uф
3. Отключение ненагруженных трансформаторов 5,0-6,0 Uф
4. Отключение двойного к.з. на землю 3,3 Uф
5. Отключение двухфазных к.з. 2,0-3,0 Uф
6. Неодновременное включение фаз при пуске электродвигателей 3,0-3,4 Uф
7. Включение электродвигателей при АВР или АПВ 4,2 Uф
8. Отключение электродвигателей 4,0-6,0 Uф
9. Коммутация нагрузки вакуумными выключателями 2,6-7,0 Uф
10. Дуговые замыкания на землю 2,3-3,20 Uф
11. Резонансные повышения напряжения 2,0 Uф

 

Усредненные значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности 1000-5000 мкс приведены в табл. 2.

 


Таблица 2

Номинальное напряжение сети, кВ      
Коммутационное импульсное напряжение, кВ      


Явление, связанное со скачкообразным переходом из одного устойчивого состояния в другое в цепях системы содержащей индуктивность со сталью и емкость, называется опрокидыванием или феррорезнансом. При опрокидывании всегда появляется повышенное напряжение на индуктивности и емкости. Явление феррорезананса может возникать при обрыве провода и заземлении одного из его концов или неодновременном включении или отключении проводов.
Сопоставление фактического и выдерживаемого уровней перенапряжений, воздействующих на изоляцию электрооборудования, позволяет говорить о необходимости ограничения величины грозовых и коммутационных перенапряжений путем применения защитных аппаратов, устройств релейной защиты и сетевой автоматики.
Необходимого уровня ЭМС электрооборудования сетей можно достичь:

  • применением нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН), обеспечивающих защиту от грозовых и коммутационных перенапряжений;
  • увеличением электрической прочности изоляции воздушных линий путем замены неизолированных проводов на защищенные, применения полимерных изоляторов из кремнийорганической резины или увеличения числа изоляторов в гирлянде;
  • уменьшением сопротивления заземления;
  • повышением надежности и селективности действия защиты от ОЗЗ;
  • повышением кратности действия автоматического повторного включения (АПВ) на воздушных линиях.

Основные схемы сети: трехфазная система с незаземленной нейтралью, трехфазная система с глухозаземленной нейтралью, трехфазная система с дугогасящей катушкой.

Нейтралью называют общую точку обмоток многофазных генераторов, трансформаторов, а также провод, соединенный с этой точкой. Заземленная нейтральная точка (или провод) называется нулевой. Конструктивное исполнение заземления нейтралей или изолирования их от земли оказывает большое влияние на безопасность эксплуатации электроустановок.
Электроустановки трехфазного переменного тока напряжением до и выше 1000 В работают как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью нейтрали генераторов и трансформаторов изолированы от земли или связаны с заземляющим устройством через аппараты, имеющие большое сопротивление (например, трансформаторы напряжения), либо через реакторы и катушки, компенсирующие емкостный ток сети.

а) Электроустановки с изолирован­ной нейтралью.

Рассмотрим работу электрической сети с изолированной нейтралью генератора.

Каждый провод сети с изолированной нейтралью относительно земли обладает определенной величиной сопротивления изоляции, а также определенной величи­ной электрической емкости, т.к. каждый из проводов можно рассматривать, как протяженный конденсатор. На воздушных линиях обкладками конденсатора являются проводник и земля, а диэлектриком воздух; на кабельных линиях обкладками конденса­тора являются жила кабеля и металлическая оболочка кабеля, соединенная с землей, а диэлектриком служит изоляция жил ка­беля. Сопротивление изоляции измеряется в мегаоммах. (1 мОм = 106 Ом); емкость измеряется в микрофарадах (1 мкф = 10-6 ф). Это означает, что при нормальном режиме работы электроустановки через сопротив­ления изоляции и землю протекают токи утечки, а через конденсаторы на землю протекают токи, называемые емкостными (ICO).

В исправной электрической сети гео­метрическая сумма токов утечки и емкостных токов (т.е. с учетом сдвига фаз в 3- фазной сети на 120°) равна нулю.

Эти токи равномерно распределены по всей длине проводов. При этом между каж­дой фазой сети и землей будет действовать фазное напряжение сети (Vф= Vл:√3).

Токи утечки можно определить по фор­муле:

Iут= Vф : Rиз

Например, при Vл = 380 в и Rиз = 1 мом ток утечки будет равен:

Iут= 380 (√3∙1∙106)

Емкостные токи определяются по фор­муле:

Iсо= Vф :Xc = Vф ∙ 2πfCo∙10-6(A)

Их величина зависит от величины на­пряжения электрической сети и протяжен­ности воздушных и кабельных линий.

Приближенно Iсо можно определить по следующим формулам:

Ico = (V∙e):350 (A) - для воздушных линий

Ico = (V∙e):10 (A) - для кабельных ли­ний

где V- линейное напряжение сети (кв)

е - длина сети (км)

При нормальных условиях работы сети токи утечки и емкостные токи невелики и не оказывают влияния на нагрузку генераторов или трансформаторов.

При возникновении замыкания одной из фаз на землю, земля получает потенциал поврежденной фазы, а между исправными фазами и землей будет линейное напря­жение. Под действием этого линейного напряжения через место замыкания и через землю будут протекать токи утечки и ем­костные токи двух исправных фаз.

Ток замыкания на землю возрастает в 3 раза и имеет, как правило, емкостной характер:

Ic= 3 Ico

Если замыкание на землю неметалли­ческое, то в месте замыкания может воз­никать, так называемая, перемежающаяся дуга, которая периодически гаснет и за­горается при токах 1с более 5-10 А. При этом могут возникать опасные для изоляции электрооборудования перенапряжения от­носительно земли, достигающие величины равной (3-4) Vф сети, что может привести к пробою изоляции и возникновению 2-фазных коротких замыканий. Опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения электрической сети, поэтому величина токов замыкания на землю 1с нормируется. В сетях напряже­нием 6 кВ - 1с не должно превышать 30 А, в сетях 10 кВ - не превышать 20 А, в сетях 35 кВ - не превышать 10 А.

Если ток замыкания на землю превышает допустимый для элементов данной сети, то для снижения основной емкостной составляющей тока в месте повреждения нейтраль соединяют через настроенные индуктивности (дугогасящие катушки).

С целью уменьшения токов замыка­ния на землю в сетях 3-35 кВ применяют компенсацию емкостных токов замыкания на землю путем заземления нейтралей генераторов или трансформаторов через специальные дугогасящие катушки.

Так как емкостной ток замыкания на землю и индуктивный ток дугогасящей катушки отличаются по фазе на 180°, то в месте замыкания на землю они ком­пенсируют друг друга. В результате ток замыкания на землю не будет превышать 5-10 А, благодаря чему не возникает пе­ремежающаяся дуга. Дугогасящие катушки, существенно уменьшая ток замыкания на землю, исключают возможность возникновения устойчивой дуги и уменьшают вероятность перехода замыкания фазы на землю в междуфазное короткое замыкание. Такие сети называют сетями с резонансно-заземленной нейтралью.

 

С точки зрения электробезопасности возникает повышенная опасность для лю­дей, т.к. человек, касающийся неповреж­денной фазы и корпуса, оказывается под действием линейного напряжения.

При однофазных замыканиях на землю не нарушается система межфазных напря­жений, устойчивость работы электрической сети и потребителей, поэтому не требуется немедленное отключение питающих линий энергоснабжения, чтобы не создавать пере­рыва в электроснабжении потребителей.

В электрических сетях с изолированной нейтралью однофазные замыкания состав­ляют до 63% от всех повреждений.

ПТЭ электроустановок потребителей до­пускают работу электрических питающих сетей с однофазным замыканием на землю в течение 2-х часов с обязательным нахождением и от­ключением поврежденной питающей линии.

В сетях с изолированной нейтралью должен осуществляться непрерывный кон­троль изоляции.

Трехфазная электрическая сеть до 1000 В, которая связана с сетью напря­жением выше 1000 В через понижающий трансформатор должна быть защищена пробивным предохранителем на случай повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения. Пробивной предохранитель устанавливается на нейтра­ли трансформатора или на фазе обмотки низшего напряжения.

Должен предусматриваться контроль за целостностью пробивных предохрани­телей.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Требование к АПВ | Применение
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2013-12-13; Просмотров: 1291; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.039 сек.