Материал: Лабораторная работа №2

ток, но и облегчить условия восстановления электрической прочности поврежденных участков изоляции при дуговых ОЗЗ.

Снижение быстродействия ДГР, обусловленное возникновением апериодической составляющей в токе ОЗЗ

ДГР обеспечивает компенсацию емкостного тока не сразу, а после переходного процесса, сопровождающего однофазное замыкание. Этот процесс имеет несколько стадий. Сначала протекают высокочастотные процессы, подробно рассмотренные в предыдущей лабораторной работе, – на них ДГР почти не оказывает влияния из-за большой собственной индуктивности. Далее следует переходная стадия, связанная с нарастанием тока в самом реакторе. Рассмотрим ее более подробно.

При возникновении ОЗЗ на ДГР практически мгновенно появляется напряжение ЭДС поврежденной фазы. Мгновенные значения тока ДГР можно легко найти из уравнения интегральной связи напряжения и тока на индуктивности:

где iL(t) и uL(t) – мгновенные значения тока и напряжения реактора; начальное значение тока через реактор iL 0 0 .

Поскольку напряжение на реакторе синусоидально, формулу (21) можно представить в виде:

где φ0 – фазовый сдвиг напряжения в момент замыкания (угол замыкания). Если замыкание происходит не в максимум напряжения (φ0 ≠ 90°), то в токе ОЗЗ, представляющем собой сумму емкостного тока замыкания и

тока реактора, возникает постоянная составляющая UωLm cos φ0 , которая при

учете потерь затухает, обеспечивая апериодическое снижение тока в месте замыкания. Эта составляющая может препятствовать погасанию дуги, затягивая момент времени перехода остаточного тока через нулевое значение.

Постоянную времени затухания апериодической составляющей тока

можно оценить как τа Lк . С учетом параметров, входящих в формулу rк

11

(2), τа можно выразить через величину, обратную добротности реактора:

ческая составляющая затухает в e = 2,72 раз за 8 периодов промышленной частоты. При низкой добротности реактора и нейтралеобразующего устройства ( δа,ДГР 0,04 ) получим а 4T 80 мс, что тоже достаточно

существенно.

Отметим, что наиболее вероятные моменты дугового ОЗЗ находятся вблизи максимума напряжения, а апериодическая составляющая максимальна при замыканиях вблизи нуля напряжения. Однако, и при напряжениях, близких к максимальным, эта составляющая может быть существенной. Так, например, углу замыкания φ0 = 60° соответствует мгновенное значение напряжения на повреждаемой фазе 0,87Uфm (дуговые ОЗЗ, особенно повторные, при таких напряжениях весьма вероятны), при этом начальное значение апериодической составляющей тока реактора в соответствии с формулой (22) составляет половину тока компенсации, что не позволяет реактору безынерционно скомпенсировать емкостный ток ОЗЗ.

Апериодическую составляющую тока необходимо учитывать производителям ДГР. При ОЗЗ «в ноль напряжения» через реактор может протекать двойной номинальный ток, и конструкция реактора должна исключать при этом насыщение стали. В противном случае, через реактор будут возникать броски токов, аналогичные пусковым токам трансформаторов, что приведет к протеканию через дуговое замыкание токов, многократно превышающих расчетный нескомпенсированный емкостный ток ОЗЗ. Для исключения насыщения стали ДГР должны рассчитываться с рабочей индукцией в стали магнитопровода не более 0,8 Тл.

Работа ДГР в сетях с емкостной несимметрией

При резонансной настройке ДГР наличие в сети несимметрии приводит к возникновению резонансных смещений нейтрали, что приводит к повышению в сети напряжения в нормальном режиме (без ОЗЗ).

Напряжение на изолированной нейтрали называется напряжением несимметрии и определяется по формуле:

12

где UА Uф, UB a2Uф, UC aUф – фазные напряжения; YA , YB , YC – проводимости фаз относительно земли. Без учета активных потерь Y jωCф.

Емкостная несимметрия характерна для воздушных линий, емкости которых относительно земли обычно неодинаковы. Если принять, что емкости двух фаз одинаковы и равны Cф, а емкость третьей фазы составляет mCф, то

Например, при m = 0,9 Uнс = 0,035Uф, истепеньнесимметрии kнс = 3,5%. Включение в нейтраль сети ДГР создает в КНПС резонансные условия, которые способствуют тому, что напряжение несимметрии много-

кратно усиливается. Напряжение смещения нейтрали при этом:

емкостей сети. Пренебрегая 3gф в числителе и разделив знаменатель на j3ωC0, получим:

Для рассмотренного случая kнс = 3,5%, и при идеальной настройке реактора и коэффициенте успокоения а = 5% смещение нейтрали составит

U0 3,55 Uф 0,7Uф. Появление такого напряжения на нейтрали сети недо-

пустимо, так как оно приводит к росту потерь, помехам во вторичных цепях и ложной сигнализации о замыкании на землю. Длительно допустимое напряжение смещения нейтрали в отечественных сетях составляет лишь 15% от фазного напряжения (30% в течение 1 часа). Поэтому в соответствии с ПУЭ в сетях с компенсацией емкостного тока степень несимметрии фазных напряжений не должна превышать 0,75% фазного напряжения.

13

Для выполнения указанного выше требования в воздушных сетях для выравнивания фазных емкостей применяют транспозицию фазных проводов и распределение конденсаторов связи между фазами. Без этих мероприятий настроить ДГР часто оказывается невозможным.

Другим решением проблемы является применение ДГР, не работающих в режиме идеальной настройки в нормальном режиме работы сети и быстро выходящих на режим компенсации после возникновения ОЗЗ. Эта идея реализована в конструкции ДГР серии РУОМ производства ОАО «РЭТЗ Энергия».

ЗАДАНИЕ НА ПРЕДВАРИТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ

2.1. Смешанная воздушно-кабельная сеть 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, характеризуется следующими пара-

метрами: CA = CB = CC = 2,5 мкФ, CAB = CBC = CCA = 0,25 мкФ.

Рассчитайте емкостный ток замыкания на землю. Рассчитайте индук-

тивность ДГР для случаев q = 0,8; q = 0,9; q = 1,0; q = 1,1; q = 1,2.

2.2. В сети имеется несимметрия фазных емкостей CC = 2,2 мкФ, CA = CB = 2,5 мкФ. Рассчитайте напряжение смещения нейтрали и фазные напряжения сети для случаев изолированной нейтрали и заземления нейтрали через ДГР в режиме идеальной настройки. Примите активное сопротивление ДГР rр = 12 Ом, Rс = 3 Ом, gф = 0,1 мкСм. Постройте зависимость напряжения смещения нейтрали от степени расстройки компенсации .

ЗАДАНИЕ НА ИЗМЕРЕНИЯ

2.Смоделируйте сеть с параметрами CA = CB = CC = 2,5 мкФ, CAB = CBC

=CCA = 0,25 мкФ, Lc = 20 мГн, Rс = 3 Ом, gф = 0,1 мкСм.

2.1.Скомпенсируйте емкостный ток замыкания на землю с помощью

реактора, смоделировав его последовательным соединением активного сопротивления rр = 12 Ом и индуктивности Lр. Рассчитайте с помощью модели и постройте зависимость тока однофазного замыкания от степени компенсации в диапазоне q = 0–2. Соответствует ли минимум кривой значению q = 1?

2.2. Смоделируйте однофазное замыкание на землю с последующим гашением дуги по гипотезе Петерса и Слепяна для случаев q = 0,8; q = 0,9; q = 1,0; q = 1,1; q = 1,2. Постройте графики напряжений UA(t), UB(t), UС(t) и UN(t) в течение 20–40 периодов промышленной частоты. Определите для всех случаев промежуток времени между гашением дуги и достижением

14

напряжения на поврежденной фазе максимального значения и номинального фазного амплитудного значения.

2.3.Замените фазные ЭДС короткими замыканиями и подключите ЭДС в нейтраль последовательно с ДГР. С помощью блока частотного анализатора определите собственные частоты колебаний сети при отсутствии замыкания на землю для случаев q = 1,0, q = 0,8, q = 1,2. Совпадают ли степени компенсации с квадратами отношений собственных частот колебаний сети и источника?

2.4.Задайте значения фазной емкости CC = 2,2 мкФ. Для случая идеальной настройки реактора определите на модели и постройте напряжения

UA(t), UB(t), UС(t) и UN(t). Сопоставьте с результатами предварительной подготовки.

2.5.Смоделируйте емкость фазы С как параллельное соединение емкостей 1,75 мкФ и 0,75 мкФ. Последовательно с емкостью 0,75 мкФ установите ключ, размыкающийся в момент времени 0,2 с. Рассчитайте с помощью модели и постройте фазные напряжения в течение 1 с для случаев q = 0,8; q = 0,9; q = 1,0; q = 1,1; q = 1,2. В каком случае возникают суще-

ственные перенапряжения и почему?

15