2. Смещение нейтрали

При отсутствии замыкания на землю, но при несимметрии емкостей фаз сети относительно земли между нулевой точкой системы и землей появляется напряжение - происходит смещение нейтрали системы, что приводит к изменению напряжений фаз относительно земли.

Напряжение смещения нейтрали в системе с изолированной нейтралью

равно:

(8.4)

где С₁, С₂, С₃, - емкости отдельных фаз относительно земли;

; ;- фазные напряжения источника.

Напряжение смещения при наличии дугогасящей катушки (рис. 8.5) равно:

(8.5)

где - проводимость нулевой последовательности.

Как видно из уравнения, наличие в системе дугогасящего аппарата уве­личивает смещение нейтрали, вызываемое несимметрией емкостей, и оказыва­ет тем самым отрицательное влияние, ухудшая условия работы изоляции, создавая помехи для линий связи и т.д.

3C

I_a

U_ср

I_c

I_k

D

F

L₀

r₀

Рисунок 8.3 – Однофазная схема замещения при замыкании на землю одной из фаз системы с дугогасящей катушкой.

U_ф

U_к

U

U_вост

Момент гашения дуги

Рисунок 8.4 – Восстановление напряжения на фазе после гашения дуги в системе с дугогасящей катушкой.

Из последнего уравнения также видно, что наибольшие смещения нейтра­ли могут возникнуть при настройке дугогасящей катушки в резонанс. Это приводит к необходимости эксплуатировать дугогасящие катушки в реаль­ных сетях с расстройкой

(8.6)

Как показал опыт эксплуатация, настройку следует производить с перекомпенсацией (I_k > I_c), в противном случае при аварийном разделении сети компенсирующий емкостный ток снизится и могут создаваться условия резонанса (I_k = I_c), что приведет к значительному смещению нейтрали и перенапряжениям в сети.

III. Описание установки

Работа производится на модели трехфазной электрической сети, изображенной на рис. 8.6. Емкости С₁, С₂, С₃, представляющие емкости проводов линии электропередачи относительно земли, подключаются к соответствующим фазам с помощью тумблеров. В каждой фазе можно включать 10, 20, 30 мкФ, создавая таким образом желаемую степень несимметрии емкостей. Для ком­пенсации емкостного тока замыкания на землю в нейтраль трансформатора включается дугогасящая катушка со сталью. Модель питается от сети 380 В через разделяющий трансформатор 380/220 В, так что вторичное фазное напряжение имеет величину 127 В.

IV. Задание на измерения

1. Проверить симметрию напряжений трехфазной модели. Для этого при отключенной катушке Петерсена и отсутствии замыкания на землю, измерить напряжение между нейтралью питающего трансформатора и землей.

2. Измерить линейные и фазные напряжения сети, напряжение смещения нейтрали и емкостные токи фаз для двух случаев:

а) емкости фаз одинаковые (С₁ = С₂ = С₃ = 30 мкФ),

б) емкости фаз различны (С₁ = 20 мкФ; С₂ = 30 мкФ; С₃ = 40 мкФ).

Результаты измерений занести в табл. 8.1.

I

L₀

r₀

C₁+ C₂ +C₃

U₀

U_k

Рисунок 8.5 – Однофазная схема замещения для определения напряжения смещения нейтрали при наличии дугогасящей катушки

0

1

2

3

1

2

3

П

Тр

А

Рисунок 8.6 – Схема модели сети

Таблица 8.1 - Результаты измерения линейных и фазных напряжений

С1, мкФ

С2, мкФ

С3, мкФ

U1, В

U2, В

U3, В

U12, В

U23, В

U31, В

Uс, В

I1, А

I2, А

I3, А

30

30

30

20

30

40

По данным опыта построить векторные диаграммы напряжений и токов.

3. Произвести замыкание фазы на землю и измерить фазные напряжения, напряжение нейтрали, емкостные токи здоровых фаз и емкостной ток замы­кания на землю и сопоставить экспериментальные данные с расчетными. Результаты измерений и расчетов занести в табл. 8.2.

Таблица 8.2 - Результаты измерений и расчетов в сети с ОЗНЗ

№ опыта	С1, мкФ	С2, мкФ	U1, В	U2, В	Uс, В	Iз = I3		I1, А	I2, А
						экспер.	расчет.
1	30	30
2	30	40

По данным опыта построить векторные диаграммы.

4. Произвести замыкание фазы на землю. Емкости здоровых фаз принять одинаковыми С₁ = С₂ = 30 мкФ. Изменяя индуктивность катушки с помощью штекерного переключателя, измерить фазные напряжения, емкостные токи здоровых фаз, емкостной ток в месте замыкания (в заземленной фазе), напряже­ния смещения на катушке и ток в катушке. Результаты измерений свести в табл. 8.3.

Таблица 8.3 - Результаты измерения в сети с дугогасящей катушкой

№ п/п	Отпайка катушки	U1, В	U2, В	Iз, А	I1, А	I2, А	U1, В	In, А
1

По данным опыта построить кривую I_з = f(I_L). Для 3-х значений соответствующих режиму недокомпенсации (I_з > I_L), компенсации (I_з = I_L) и перекомпенсации (I_з < I_L) построить диаграммы напряжений и токов, полагая токи I₁,I₂, I_з, I_L, чисто реактивными. Угол сдвига между напряжением и током катушки принять 90°.

5. Дугогасящая катушка включена. Замыкание на землю отсутствует. Произвести включение емкостей фаз С₁= 20, С₂= 30, С₃= 40 мкФ. Измерить фазные и линейные напряжения, напряжение на катушке и ток; емкостные токи фаз при различных положениях отпаек катушки. Результаты занести в табл. 8.4.

Таблица 8.4 - Результаты измерения напряжения смещения нейтрали в сети с катушкой

№ опыта

Ответвления катушки

Uк, В

U1, В

U2, В

U3, В

U12, В

U23, В

U31, В

I1, А

I2, А

I3, А

IL, А

По данным опыта построить кривую U_L = f(I_L) и диаграммы на­пряжений и токов для случаев: недокомпенсации, резонансной настройки катушки и перекомпенсации.

V. Содержание отчета

В отчете должны быть приведены:

1. Схема модели сети.

2. Таблицы с результатами измерений. .

3. Графики зависимостей I_з = f(I_L); U_L = f(I_L) и некоторые диаграммы в соответствии с указаниями по пп. I, 2, 3, 4, 5.

4. Сравнить результаты измерений и расчетов. На основании анализа расчетных и экспериментальных данных сделать выводы о желательной настройке дугогасящих аппаратов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Техника высоких напряжений. Под общей ред. Д.В. Разевига - М.: Энергия, 1964. - 472с.

2. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. -М.: Энергия, 1968. - 464с.

3. Иерусалимов М.Е. Техника высоких напряжений. - Киев: Изд. Киевского ун-та, 1967. - 444с.

4. Техника высоких напряжений. Под ред. М.В. Костенко – М.: Высшая школа,1973. - 528с.

5. Стефанов К.С. Техника высоких напряжений. Л.: Энергия, I967. – 496с

6. Воробьев А.А. Высоковольтное испытательное оборудование и измерение. - ГЭИ, 1964. - 584с.

7. Дергилев М.П. Пособие для самостоятельного изучения раздела курса ТЭВН «Внешняя изоляция воздушных линий электропередачи и распределителных устройств подстанций». Донецк, ДонНТУ – 2001. – 52с.

8. Лабораторные работы по технике высоких напряжений.- М.:Энергия,1974.- 156с.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Техника и электрофизика высоких напряжений»

(для студентов специальностей 7.090601 «Электрические станции», 7.090602 «Электрические системы и сети»)

Составил: Дергилев Михаил Павлович

Формат 6084, 1\16. Бумага офисная, усл.-печ. листов (36). Тираж –30 экз.

Донецк, Артема 58, ДонНТУ