Способы компенсации емкостных токов

Рассмотрим систему, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор (рисунок а)). Если I(L)=0, y1=y2=y3, Ua+Ub+Uc=0, то векторная диаграмма напряжений и токов системы с компенсацией емкостного тока на землю не отличается от векторной диаграммы для системы с изолированной нейтралью (рисунок в)). В случае однофазного замыкания на землю, например фазы А, токи и напряжения в фазах можно определить по формулам из статьи: Система с изолированной нейтралью.

Но при этом еще возникает индуктивный ток через реактор, который при ω*L >> r равен: I(L)=U(L) / (r+j*ω*L)=jUa / (ω*L), где U(L) — напряжение смещения нейтрали; r — активное сопротивление реактора. Тогда, пренебрегая емкостной асимметрией системы, результирующий тока замыкания на землю можно определить из выражения:
Iз = — (3*Ua) / (Zo+Z1+Z2) = -(Ia+Ib+Ic+I(L) = jUa*(3*ω*C — (1/ω*L)).

Как видно из векторной диаграммы, приведенной на рисунке б), векторы тока реактора I(L) и емкостного тока замыкания на землю Iз сдвинуты относительно друг друга на 180⁰. Поэтому при резонансной настройке реактора [ω*L = 1/(3*ω*С)] его индуктивный ток компенсирует емкостные токи фаз. Однако практически через место замыкания протекает незначительный ток, состоящий из активной и реактивной составляющих. Первая обусловлена активным сопротивлением реактора и системы, вторая — неточной настройкой реактора. Кроме того, этот ток может быть вызван короной на проводах, которая иногда возникает при повышенных в √3 раз напряжениях на неповрежденных фазах и может привести к увеличению емкостных токов и появлению дополнительных активных составляющих токов в фазах, а также токами высших гармоник.

При резонансной или близкой к ней настройке реактора исключается возможность существования устойчивой дуги, что является основным преимуществом рассматриваемого способа заземления нейтрали по сравнению с изолированной нейтралью. Амплитуда перенапряжений при такой настройке не превышает 2,6 Uф. Однако при расстройке компенсации более чем на ±5% перенапряжения в компенсированных системах принимают такие же значения, как и в системах с изолированной нейтралью. При невозможности достичь резонансной настройки предпочтительно иметь небольшую перекомпенсацию (I(L)>3Iс), так как недокомпенсация емкостного тока в аварийных случаях и при несимметрии емкостей фаз может привести к появлению перенапряжений более высокого порядка, чем в системах с изолированной нейтралью.

Эффективность компенсации во многом зависит от совершенства дугогасящих реакторов. Эффективность компенсации при неизменной настройке реактора составляет 0,6. а при использовании реактора с подмагничиванием и автоматической быстродействующей настройкой 0,9.

Дугогасящие реакторы необходимо устанавливать практически во всех системах напряжением 35 кВ, если ток замыкания составляет более 10 А, а также в системах напряжением 3-20 кВ, имеющих линии электропередачи с железобетонными и металлическими опорами с токами замыкания также более 10 А. Компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах в системах, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: более 30 А при напряжении 3-6 кВ; более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении 15-20 кВ; более 5 А в схемах напряжением 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор (на генераторном напряжении). При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих дугогасящих реакторов. Реактор может быть включен в нейтраль одного работающего трансформатора, который при этом получает дополнительную нагрузку. Допускают включение реактора мощностью, равной 50 % мощности трансформатора, при условии, что он будет работать с наибольшим током компенсации не более 2 часов.

К недостаткам систем с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, можно отнести: повышенные капитальные затраты, вызываемые повышенными требованиями к уровню изоляции электроустановок; сложность эксплуатации из-за необходимости вести постоянное наблюдение за состоянием компенсации и трудности определения места повреждения, если оно не развивалось; возможность повышения напряжения неповрежденных фаз относительно земли более межфазного и существование перенапряжении, если нет точной настройки и дуга устойчива; повышение напряжения в системе при нормальном режиме и аварийном, если система обладает хотя бы небольшой несимметрией; увеличение капитальных затрат и эксплуатационных расходов в связи с установкой дугогасящих аппаратов по сравнению с системой с изолированной нейтралью.

Источник

Компенсация емкостных токов

В кабельных и разветвленных воздушных сетях емкость проводов относительно земли значительна. Напр., емкость одной фазы кабеля напряжением 1000 В по отношению к свинцовой оболочке (земле) составляет 1 мкФ на 1 км длины кабеля:

Сечение провода, кв.мм ………. 10 25 50 150 240

Емкость, мкФ/км………………..0,15 0,19 0,33 0,37 0,45

Чем больше емкость изоляции, тем меньше ее емкостное сопротивление. Поэтому ток, проходящий через тело человека, коснувшегося фазы А (рис.) , может быть смертельно опасным, несмотря на то, что активное сопротивление изоляции велико (Rиз ). В этом случае активной электрической проводимостью изоляции фаз можно пренебречь, а емкостная

проводимость будет равна j C, и Iчел = 3Uф/ . С увеличением емкости фаз относительно земли ток поражения возрастает (рис. , кривая 1.).

Пример.Человек прикасается к корпусу электродвигателя с поврежденной изоляцией. Емкость жил питающего кабеля относительно земли = 0,2 мкФ/км, длина сети l=1 км, Rчел=1000 Ом, номинальное напряжение Uл=380

В. Активное сопротивление жил кабеля весьма велико, поэтому активной проводимостью изоляции кабеля можно пренебречь. Ток, проходящий через

тело человека Iчел = 3*220/ где

С= *l=0,2*10 Ф. Этот ток опасен.

Если протяженность сети будет составлять 10 км, то Iчел = 3*220/

= 0,19 А=190 мА, т.е ток увеличивается почти в 5 раз и будет смертельно опасным.

Емкостный ток однофазного замыкания на землю компенсируют индуктивной катушкой, включаемой между нулевой точкой источника питания и землей (рис. ). Результирующий ток в месте замыкания равен сумме активной, емкостной и индуктивной составляющих. Когда индуктивность катушки настроена в резонанс с емкостью, индуктивная составляющая тока отстает от емкостной на 180 градусов. Практически они находятся в противофазе и взаимно исключаются.

Векторные диаграммы для трех случаев приведены на рис. (а-в):

идеальная компенсация IL=Ic, результирующий ток равен только активной составляющей: недокомпенсация IL Ic, индуктивный ток больше емкостного.

Значение тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазе сети с полной компенсацией, значительно меньше, чем в сети без

компенсации емкостной составляющей тока замыкания (кривая 2). Этот ток определяют по формуле (в случае полной компенсации):

Iчел=(Uф/Rчел)*[(gк+3gиз)/( gк+3gиз + gчел)] , где 3gиз – суммарная активная проводимость изоляции (gиз = 1/Rиз), gчел = 1/Rчел – проводимость тела человека, gк – проводимость компенсирующего устройства gк = Rка/[R ка + ( Lк) ], где Rка и Lк –активное и индуктивное сопротивления компенсирующего устройства; Lк 1/(3 С) в случае полной компенсации (без учета активных сопротивлений компенсирующего устройства и рабочего заземления); 1/(3 С) – емкостное сопротивление изоляции.

Индуктивный ток регулируют изменением числа витков компен-сирующей катушки или изменением индуктивности катушки подмагни-чивающим током, который, в свою очередь, меняется автоматически в зависимости от емкости проводов относительно земли.

Пример.Ток, проходящий через тело человека при однофазном прикосновении в сети без компенсации, достигает смертельно опасного значения 190 мА. Как изменится этот ток, если включить компенсирующее устройство с активным сопротивлением дросселя 25 Ом ( см рисунки выше).

Емкость одной жилы кабеля С=2 мкФ, Rиз , компенсация — полная.

Ток, проходящий через тело человека при полной компенсации составляет: Iчел =( 220/1000)*[(10 +0)/( 10 +0 + 10 )] = 0,02 А=20 мА.

Проводимость компенсирующего устройства определяется по формуле:

gк = 25/[25 + (1/3*2 *50*2*10 ) ] = 10 Cм.

Активной проводимостью жил кабеля можно пренебречь: gиз 0; проводимость тела человека 0,001 См. Т.о., с помощью устройства компенсации ток поражения значительно уменьшен: с 190 до 20 мА.

7. Контроль изоляции электроустановок

Задача профилактики изоляции.Профилактикой изоляции наз. система мероприятий, направленных на обеспечение ее надежной работы.

Необходимо исключить механические повреждения, увлажнение, хим воздействие, запыление, перегревы. Даже в нормальных условиях изоляция постепенно теряет свои первоначальные свойства, стареет. С течением времени развиваются местные дефекты. Сопр. изол. начинает резко уменьшаться, а ток утечки непропорционально растет. В месте дефектов появляются частичные разряды тока. Изоляция выгорает. Происходит пробой изоляции, в результате возникает КЗ, которое может привести к пожару или поражению людей током.

Чтобы поддержать диэл. свойства изоляции, необходимо систематиче- ски выполнять профилактические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее.

Измерение мегаомметром.Периодически в установленные сроки проверяют соответствие сопротивления изоляции норме.

При обнаружении дефектов изоляции, а также после монтажа сети или ее ремонта на отдельных участках отключенной сети между каждым проводом и землей или между проводами разных фаз проводят измерения. При этом в силовых цепях отключают электроприемники, аппараты, приборы; в осветительных – вывинчивают лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

Перед началом измерения необходимо убедиться в том, что на исследуемом участке сети (между двумя предохранителями или за последним предохранителем) или оборудовании никто ьне работает и оно отключено со всех сторон. Кабели, электрические машины, шины, воздушные линии (ВЛ), конденсаторы «разряжают на землю», т.е. касаются заземленным проводом токопроводящих частей каждой фазы, снимая остаточный емкостный заряд. Значение измеренного сопротивление должно быть не менее нормы, указанной в ПУЭ.

Для измерения используют прибор – мегаомметр на напряжения 500, 1000, 2500 В с пределами измерения 0-100, 0-1000, 0-10000 Мом. Прибор имеет три зажима: Л – линия, З (земля), Э (экран). Если сопротивление изоляции измеряют относительно земли, зажимы Л и З присоединяют соответственно к объекту – заземлителю заземленной им части, затем – к проводу (рис а). При замере сопротивления изоляции между фазами (рис. б) оба зажима присоединяют к этим фазам В тех случаях, когда результат испытаний может быть искажен поверхностными токами по изоляции, на нее накладывают охранный электрод, который присоединяют к зажиму Э.

Схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля мегаомметром между проводом и землей (а) и между проводами двух фаз (б)

Измерения на отдельных участках не позволяют судить об исправности изоляции всей сети, в том числе и потребителей тока. Для этого измеряют сопротивление изоляции всей сети, включая источник и потребителей тока.

Результат измерения сравнивают с предыдущим. Если результаты ряда измерений совпадают, значит, изоляция исправна; резкое изменение сопротивления изоляции по сравнению с предыдущим измерением указывает на появление в ней дефектов. В электроустановках напряжением до 1000 В эти измерения производят под рабочим напряжением (рис.а) Сопротивления изоляции фаз параллельны, поэтому прибор покажет их эквивалентное сопротивление (рис. б). Достоинством способа является то, что измеренное

сопротивление изоляции соответствует ее действительному состоянию под рабочим напряжением.

Испытание изоляции повышенным напряжением.Этот метод наи-более эффективен для выявления местных дефектов изоляции и определения ее прочности, т.е. способности длительно выдерживать рабочее напряжение.

Электрические машины и аппараты испытывают током промышленной частоты, как правило, в течение 1 мин. Дальнейшее воздействие тока может повлиять на качество изоляции. Значение испытательного напряжения нормируется в зависимости от номинального напряжения Uном эл установки и вида изоляции. Так, обмотку статоров эл двигателей мощностью Р

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 7403 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник