38.Квазистационарные перенапряжения. Резонансное смещение нейтрали.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

*) ПУМ - прямой удар молнии; АПВ – автоматическое повторное включение линии

В системе с изолированной нейтралью

Резонансное смещение нейтрали в сетях с дугогасящим реактором.

Сети высокого напряжения 110 кВ и выше, как правило, работают в режиме эффективно заземлённой нейтрали силовых трансформаторов. Для сетей 6-35 кВ используется режим изолированной нейтрали. Однако возникающие при таких условиях однофазные дуговые замыкания на землю в случае неустойчивого горения дуги замыкания, при котором происходят её много кратные погасания и зажигания, в сети могут возникать опасные перенапряжения. Данный вид перенапряжений называется дуговыми.

В сетях с резонансно заземлённой нейтралью установка дугогасящих реакторов даёт существенно уменьшить ток в месте замыкания за счёт компенсации емкостной проводимости сети на землю. Это ограничивает емкостную подпитку дуги ОЗЗ и способствует её погасанию. Однако при отсутствии замыкания на землю подключение реактора может вызвать резонансное смещение нейтрали, что обычно сопровождается квазистационарными перенапряжениями. Важнейшей характеристикой однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в сетях с изолированной нейтралью является ток замыкания Iз. Если Iз ограничен величиной некоторой величиной Iкр, то процесс перемежающейся (многократное зажигание и погасание) дуги не приводит к опасным перенапряжениям. Для сетей с воздушными линиями 6-20 кВ на железобетонных и металлических опорах Iкр=10А, для сетей 1кВ и 3-6 кВ соответственно Iкр=20А и Iкр=30А.

Принцип работы дугогасящего реактора сводится к компенсации фазных емкостей линий и соответствующего снижения емкостного тока. При этом если индуктивность включаемого в нейтраль реактора настроить в резонанс с фазными емкостями сети ток емкостной подпитки дуги замыкания становится близким к нулю. Однако одновременно с этим в сети возникают условия для больших величин смещения напряжения нейтрали трансформатора от нулевых значений –резонансное смещение нейтрали.

Дугогасящий реактор

Рис. а) Без реактора

Рис. б) С реактором

Обозначая напряжения смещения нейтрали при отсутствии дугогасящего реактора как , напряжение смещения при подключенном реакторе можно записать в виде:

где

– эквивалентное сопротивление нулевой последовательности сети.

комплексные проводимости утечки фаз на землю

токи фаз на землю при отсутствии реактора

Поскольку нейтраль изолирована, то сумма токов фаз равна нулю:

Подставляя в последнее уравнение, приведённые выше выражения для фазных токов и решая его относительно напряжения смещения нейтрали, найдём:

При выполнении условий симметрии трёхфазной системы (симметрия фаз ЭДС, фазных емкостей и отсутствии активных утечек G_k) напряжение смещения нейтрали Как отмечено выше полная компенсация емкостного тока достигается при строго резонансной настройке дугогасящего реактора, когда его индуктивность удовлетворяет соотношению:

(2)

Однако всегда через место замыкания протекает некоторый остаточный ток, вызванный рядом причин: активная составляющая тока на землю (ток утечки изоляторов), конечное собственное активное сопротивление реактора, токи высших гармоник, неточность настройки самого реактора, корона на проводах, приводящая к увеличению их ёмкости на землю. В этих условиях возникает опасность резонансного смещения нейтрали и, следовательно, повышения напряжения на фазах. Подставим полученные выше выражения для в (1)

относительные активные утечки

Определим коэффициент расстройки реактора как:

Выражая индуктивность реактора через коэффициент расстройки

И принимая во внимание выражение, связывающее С и (2), найдем для напряжения смещения нейтрали:

Поскольку в реальных сетях , то последнее выражение упрощается:

При этом:

(3)

Из последнего выражения видно, что при полностью резонансной настройке реактора, когда K_pac стремится к нулю в силу малости относительных активных утечек δ_R<<1, δ_G<<1 напряжение смещения нейтрали может быть весьма большим (рис.1), что неизбежно ведёт к большим напряжением фаз относительно земли. Поэтому дугогасящий реактор, устанавливаемый в нейтрали силового трансформатора, настраивается с 10-15% рассторойкой. При этом выбирают режим перекомпенсации, когда K_pac=-0,1...-0,15. В этом случае в точке ОЗЗ протекает индуктивный ток. Режим недокомпенсации, когда K_pac=0,1...0,15, нежелателен, так как при аварийных отключениях линий ёмкость сети по отношению к земле уменьшается и может наступить «чистый» резонанс и перенапряжения на фазах с высокой кратностью.

Рис. 1 Зависимость относительного увеличения напряжения смещения нейтрали от коэффициента расстройки δ_R+δ_G=0,1(1); 0,08 (2); 0,06 (3); 0,04 (4); 0,02(5)

Рис. 2. Зависимость напряжения нейтрали от асимметрии параметров сети и

степени резонансной настройки дугогасящего реактора

К ак следует из (3) абсолютная величина напряжения на фазах при резонансном смещении нейтрали зависит от степени симметрии сети, характеризуемой напряжением . Если смещение напряжения изолированной нейтрали велико, то эффект от ее резонансного смещения приведёт к высоким кратностям перенапряжения. Поэтому следует всячески избегать несимметричных режимов работы сети, добиваясь синхронной работы полюсов выключателей и симметризации параметров линий электропередачи путем транспозиции проводов линий. Последнее особенно важно, когда фазные провода на опорах над землёй в одной горизонтальной плоскости. В этом случае ёмкость крайних фаз отличается от средней на 1-4%

Для ограничения смещения нейтрали целесообразно обеспечивать:

- некоторую расстройку дугогасящего реактора по отношению к резонансу

- максимальную симметрию сети для снижения U_N0

- исключать нисеммитрию работы выключателей

Кривые иллюстрируют эффективность данных мероприятий (Рис. 2), которые многократно позволяют снизить напряжение на нейтрали.

Меры предотвращения перенапряжений в нейтрали

-расстройка дугогасящего реактора

-симметризация параметров сети относительно земли путем транспозиции фаз

- обеспечение синхронной работы полюсов выключателей в пределах 2-4 периодов промышленной частоты