Материал: Повышение надежности распределительных сетей напряжением 6кВ Запорожского железорудного комбината на основе ограничения внутренних перенапряжений

В результате обработки собранных реальных физических параметров сетей, емкостные токи однофазного замыкания на землю по ГПП и поверхностным подстанциям 35/6 к

В имеют следующие значения:

ГПП:

напряжение 6 кВ

секция1 - 43,72 А;

секция 2 - 39,3 А.

напряжение 35 кВ

секция1 - 0,63 А;

секция 2 - 0,79 А.

Таблица 1.1 - Расчет емкостных токов по ГПП 6кВ секция 1, 2

п/ст ЮВС

секция1 - 4,73 А; секция 2 - 4,15 А.

п/ст СВС

секция1 - 2,34 А; секция 2 - 1,35 А.

п/ст ДВС

секция1 - 0,15 А; секция 2 - 0,15 А.

п/ст ЗК

секция1 - 0,4 А; секция 2 - 0,29 А.

Таблица 1.2 - Расчет емкостных токов по ГПП 35кВ, секция 1, 2

Таблица 1.3 - Расчет емкостных токов по ЮВС 6кВ, секция 1, 2

Таблица 1.4 - Расчет емкостных токов по СВС 6кВ, секция 1, 2

Таблица 1.5 - Расчет емкостных токов по ДВС 6кВ, секция 1, 2

Таблица 1.6 - Расчет емкостных токов по ЗК 6кВ, секция 1, 2

2. Исследование влияния параметров изоляции и режима нейтрали электрических сетей напряжением 6 кВ на кратность внутренних перенапряжений и электробезопасность

.1 Исследование влияния режима нейтрали сети на внутренние перенапряжения в системах электроснабжения

В общем случае оценка эффективности и выбор режима работы нейтрали распределительных и питающих сетей осуществляется на основе технико-экономического сравнения вариантов. При этом определяющими критериями оценки режимов нейтрали следует считать: надежность электроснабжения; электробезопасность; обеспеченность защитой от однофазных замыканий на землю и качество ее работы; экономичность системы. Одним из наиболее важных критериев оценки систем электроснабжения в целом, и режима нейтрали в частности, следует считать надежность. Исследуем по этому критерию системы электроснабжения с различными режимами работы нейтрали электрических сетей.

2.1.1 Сети с полностью изолированной нейтралью

Распределительные сети напряжением выше 1000 В с полностью изолированной нейтралью получили преимущественное распространение в большинстве стран. Однако такой режим нейтрали сети не всегда является оптимальным с точки зрения указанных ранее критериев.

При прочих равных условиях надежность электроснабжения электроприемников или надежность распределительных сетей в основном определяется повреждаемостью элементов сети и качеством работы устройств релейной защиты. Степень влияния указанных факторов на надежность работы распределительных сетей зависит от режима нейтрали, который в свою очередь определяет уровень внутренних перенапряжений и характер переходных процессов при однофазных замыканиях на землю. Уровень перенапряжений оказывает определяющее влияние на повреждаемость электрических сетей и их элементов, а характер переходных процессов - на качество работы устройств защиты от замыканий на землю.

Наибольший уровень напряжения между неповрежденными фазами и землей на основании теории Петерса и Слепяна определяется выражением

где  - суммарная междуфазная емкость электрически связанной сети; (1 - a) - коэффициент, учитывающий уменьшение удержанных зарядов за счет активной проводимости и в сетях с изолированной нейтралью может принимать значения от 0,85 до 0,95; (1 - d) -коэффициент, учитывающий затухание амплитуды собственных колебаний и связан с потерями в колебательной цепи при замыкании на землю и в общем случае определяется формулой

,

где  - переходное сопротивление в точке замыкания,  - частота свободных колебаний переходного процесса.

С учетом возможных изменений понижающих коэффициентов, для реальных параметров распределительных сетей максимальное значение напряжения между здоровыми фазами и землей находится на уровне 4,5 фазного напряжения. Для этих же сетей теоретический максимум напряжения смещения нейтрали составляет трехкратное фазное напряжение.

Однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью сопровождаются переходными процессами, возникающими в момент появления замыкания и в момент отключения поврежденного участка (процесс восстановления напряжения в сети). Отмеченные переходные процессы обеспечивают значительную часть ложных срабатываний устройств защиты от замыканий на землю в сетях с полностью изолированной нейтралью.

Системы электроснабжения с полностью изолированной нейтралью по сравнению с сетями с другими режимами нейтрали не требуют дополнительных капитальных затрат. Однако эксплуатационные расходы в сетях с полностью изолированной нейтралью за счет большей повреждаемости, а также за счет ущерба от перерывов электроснабжения значительно больше, чем в сетях, работающих с другими режимами нейтрали. Следует также отметить, что можно в некоторой степени снизить эксплуатационные расходы и ущерб от перерывов за счет применения оборудования и электрических сетей с более высоким уровнем изоляции, что, естественно, требует дополнительных капитальных вложений.

2.1.2 Сети с компенсированной нейтралью

Компенсация емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрических сетях применяется при превышении значения емкостного тока однофазного замыкания на землю в установившемся режиме сверх допустимого нормативными документами.

Компенсация емкостных токов замыкания на землю осуществляется включением в нейтраль сети индуктивности, посредством которой при замыкании на землю создается индуктивная составляющая тока однофазного замыкания на землю, имеющая в точке замыкания направление, противоположное емкостной составляющей тока замыкания. Эффективность компенсации емкостных токов и эффективность работы электрических сетей с компенсированной нейтралью в значительной степени зависит от режима настройки компенсирующего устройства. Большинство исследователей при этом отдают предпочтение резонансной настройке индуктивности компенсирующего устройства с емкостью сети относительно земли, то есть

 или

где  и  - соответственно индуктивное сопротивление компенсирующего устройства и емкостное сопротивление всей электрически связанной сети относительно земли;  - индуктивность компенсирующего устройства; C - емкость одной фазы всей электрически связанной сети относительно земли.

Условие (2.2) в установившемся режиме однофазного замыкания на землю обеспечивает равенство по величине емкостной и индуктивной  составляющих токов замыкания на землю и, учитывая их направление, остаточный ток замыкания становится равным активной составляющей тока замыкания  (без учета гармонических составляющих тока замыкания). В случае несоблюдения условия (2.2) остаточный ток определяется как геометрическая сумма активной и реактивной составляющих. Реактивная составляющая в свою очередь зависит от степени расстройки (отклонения от резонансной настройки) компенсации:

где  - коэффициент (степень) настройки компенсирующего устройства.

Кроме резонансного с емкостью сети режима настройки компенсирующего устройства, различают также режим недокомпенсации (остаточный реактивный ток замыкания на землю носит емкостной характер) и перекомпенсации (остаточный реактивный ток замыкания на землю носит индуктивный характер).

Если оценивать надежность электроснабжения электроприемников повреждаемостью элементов сети и качеством работы релейной защиты, то необходимо отметить, что в основном применение компенсированных сетей, где требуется действие защиты на отключение, сдерживается вторым условием. Что касается повреждаемости элементов распределительных сетей, то необходимо отметить непосредственную связь этого показателя с режимом настройки компенсирующего устройства, так как именно настройкой компенсирующего устройства определяется уровень перенапряжений в сети при однофазных замыканиях на землю.

На рис. 2.1 показаны кривые зависимости максимальной кратности перенапряжений от степени расстройки компенсации /11/. Значение коэффициента, , учитывающего снижающие перенапряжения факторы, в общем случае зависит от частоты колебаний свободных составляющих тока замыкания, длин линий распределительной сети, расположения места повреждения относительно источника, сопротивления в цепи замыкания и с достаточной для практического применения точностью может быть определено по выражению:

где  - мгновенное значение напряжения на поврежденной фазе, установившееся непосредственно после замыкания на землю;

 - значение напряжения на неповрежденной фазе в момент замыкания.

Для реальных параметров распределительных сетей указанный коэффициент находится на уровне 0,8...О,9.

Из рис. 2.1 видно, что при резонансной настройке компенсирующего устройства, а также при его расстройке в пределах 5%, даже теоретически перенапряжения на неповрежденных фазах не могут превысить 2,75 ,. Снижение уровня перенапряжений обусловлено созданием удобного пути для стоков статических зарядов по фазам за счет включения в нейтраль сети дугогасящего реактора. Увеличение степени расстройки компенсации от 5 до 30...40% приводит к быстрому нарастанию уровня перенапряжений. Необходимо отметить, что при расстройке компенсирующего устройства на 20% от резонансной, эффективность компенсирующих устройств в части ограничения перенапряжений при замыканиях на землю практически не ощущается по сравнению с сетями с полностью изолированной нейтралью.

Перенапряжение в нейтрали сети, примерно в 1,5...2 раза меньше кратности перенапряжений на неповрежденных фазах, что также способствует снижению повреждаемости элементов системы электроснабжения.