Пояснения к построению векторных диаграмм

Вектор напряжения получается как разность векторов ЭДС:

Направление вектора - от конца вектора к концу вектора . Это объясняется тем, что выражение для можно записать в виде

Для нахождения суммы двух векторов необходимо к концу одного вектора () пристроить другой вектор ().

Суммарный вектор () получается, если соединить начало вектора (точка N) с концом вектора Направление вектора – от точки N к концу вектора Эти правила относятся к построению вектора

Для построения векторной диаграммы токов схему, изображенную на рис. 3.4, удобно представить в виде, показанном на рис. 3.6.

Рис. 3.6 Токи и напряжения при замыкании фазы А на землю

Через место замыкания на землю проходит сумма токов Первые два тока имеют емкостный характер и опережают по фазе векторы соответствующих ЭДС и на 90⁰. Вектор тока в катушке индуктивности L отстает по фазе на 90⁰ от вектора вызвавшей этот ток ЭДС .

Сумма токов и построена по правилу параллелограмма (можно было бы, как показано на рис. 3.5,б, пристроить к концу вектора вектор ). Сумма этих векторов, т.е. вектор емкостного тока замыкания на землю, обозначена как .

Вектор остаточного тока замыкания на землю построен как сумма векторов и . Его направление - от точки 0 к концу пристроенного к вектору вектора .

Идеальной является резонансная настройка катушки, т.е. I _ост= 0. Однако в реальности это не достигается, т.к. число включенных линий в сети непостоянно.

Остаточный ток должен иметь индуктивный характер, т.е. I_L > I _З.З. Это необходимо для сохранения во всех режимах сети направления мощности нулевой последовательности. Невыполнение этого положения, предписанного ПТЭ, может привести к неправильным действиям направленных защит и сигнализации о замыкании на землю.

Катушку индуктивности L принято называть заземляющим дугогасящим реактором (реактор – от слова реактивный, т.е. его сопротивление имеет реактивный характер).

Заземляющие дугогасящие реакторы (ДГР) обычно устанавливают не на городских, а на сетевых подстанциях, чтобы длина связей до любого места замыкания на землю была минимальной. При этом подстанция должна быть связана с питающей сетью не менее чем двумя линиями (исходя из соображений надежности сохранения питания на ней). Мощность ДГР определяется по емкостному току замыкания на землю. Так как эта мощность реактивная, то

Q _ДГР = n I _з.з U _ф.ном,

где n =1,25 – коэффициент, учитывающий развитие сети;

U_{ф .ном} – номинальное фазное напряжение сети.

Так как ток ДГР I_L является утроенным током нулевой последовательности, то сопротивление нулевой последовательности трансформатора, к нейтрали которого подключена ДГР, должно быть минимальным. Можно показать, что этому требованию удовлетворяет трансформатор со схемой соединения Y/D.

На вводе ДГР, предназначенном для заземления, устанавливают трансформатор тока ТА (см. рис. 3.4), необходимый для контроля тока при наладке и испытаниях системы компенсации I _З.З.

При эксплуатации сети меняются ее параметры: из-за коммутации (включения или отключения) линий меняется емкость фаз относительно земли. Это приводит к расстройке системы компенсации. Допустимая степень расстройки равна 5%. Чтобы удовлетворить данному требованию, лучше всего применять ДГР с плавным автоматическим регулированием индуктивности.

Отключение (обрыв) одной из фаз трансформатора, к нейтрали которого подключена ДГР, приводит к повышению напряжения на нейтрали. Это напряжение составляет 0,5 U _ф.ном, что длительно не допускается (по ПТЭ длительно допускается напряжение на нейтрали трансформатора не более 15% и в течение 1 часа не более 30% номинального фазного напряжения). Нормы напряжения на нейтрали обусловлены тем, что изоляция обмоток трансформаторов в области нейтрали ослабленная, и напряжение на нейтрали может привести к ее пробою.

ДРУГИЕ РЕЖИМЫ НЕЙТРАЛИ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-35 КВ

Кроме режима работы с изолированной нейтралью (условно иногда называют «I – сеть») и компенсацией емкостного тока замыкания на землю («L – сеть») получают распространение так называемые «R – сети».

В «R – сетях» нейтраль заземляют через резисторы. В настоящее время известно два варианта R – сетей: высокоомное и низкоомное заземления, обозначаемые, соответственно R _в и R _н.. Сети с R обозначают как «R _в – сеть», «R _н – сеть» (рис. 3.7).

Рис. 3.7. R – сети

В R _в– сети ток, проходящий через резистор в нейтрали, приблизительно равен емкостному току I _зз. Ток в месте повреждения, благодаря резистору, увеличивается примерно в раз. Однако при этом перенапряжения на поврежденных фазах уменьшаются до (2,1¸2.4) U _ф.ном.

Специалистами признано, что режим R _в– сети целесообразен при I _зз£ 5A.

Режим R_н – сети применяется в системах собственных нужд электростанций. Значение R _н выбирается таким, чтобы ток, проходящий через него, в 3-4 раза превышал ток I _зз, но был меньше тока, вызывающего за время отключения замыкания повреждение активной стали в электродвигателях.

R_н – сеть должна быть оснащена специальными защитами от замыканий на землю. В таких защитах можно применять простые токовые реле РТЗ–51 и даже РТ-40[0,2, подключенные к трансформаторам тока нулевой последовательности. Перенапряжения на неповрежденных фазах при замыканиях на землю не превышают 1,8 U _ф.ном.

Основным препятствием для распространения режима R _н– сети является необходимость установки специальных защит от замыкания на землю, т.е. капиталовложений. Целесообразная область применения R _н– сети, как доказывают некоторые авторы, определяется значением I _зз £ 12 А.

Имеются также предложения о сочетании режима R – сети с режимом L – сети. С помощью ДГР снижают остаточный ток замыкания на землю до значения 5-12 А. Кроме ДГР, в сети устанавливают резистор в нейтрали трансформатора. Сопротивление этого резистора определяется выбранным режимом (R _в – сеть или R _н – сеть).

В последние годы в городских сетях получает распространение эффективное заземление нейтрали. Считается, что в сети имеется эффективное заземление нейтрали, если коэффициент замыкания на землю К _З не превышает 1,4.

Под К _З понимают отношение

К _З = ,

где U _ф.з – фазное напряжение неповрежденной фазы при замыкании на землю.

Если сеть имеет К _З £ 1,0, то при замыкании на землю перенапряжения не возникают и изоляция фаз по отношению к земле выбирается по фазному, а не по линейному напряжению. Благодаря этому сеть с напряжением 6 кВ может эксплуатироваться с напряжением 10 кВ. В результате мощность, передаваемая по сети, увеличивается в раз без замены токоведущих частей и изоляции, в том числе без замены кабелей. Реализация режима эффективного заземления нейтрали требует существенного усложнения системы заземления на подстанциях. В частности, для городской ТП для заземления требуются 20 вертикальных электродов длиной 10 м и диаметром 12 мм и 40 м горизонтального заземлителя диаметром 12 мм.

Подытоживая все сказанное, можно сделать вывод, что вопрос выбора оптимального режима нейтрали пока еще окончательно не решен. Поэтому в будущем режим нейтрали городской электрической сети может претерпеть изменения.

Дата добавления: 2015-07-07