Категории:
ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лабораторная работа №4 Исследование переходных процессов при замыкании на землю в распределительных сетях 6-35 кВ
Цель работы
Исследовать различные режимы работы сети с изолированной нейтралью. Выявить зависимость тока замыкания на землю от протяжённости электрически связанных линий электропередачи, а также от величины индуктивного тока, создаваемого дугогасящим устройством.
Основные положения
Распределительные сети 6-35 кВ работают с изолированной нейтралью трансформаторов, генераторов или с резонансно-компенсированной нейтралью, когда нейтраль заземляется через индуктивное сопротивление большой величины.
Наиболее частым повреждением в таких сетях является замыкание одной фазы на землю (простое замыкание), сопровождаемое перекосом фазных напряжений, протеканием в месте повреждения ёмкостных токов и рядом других, важных для эксплуатации, факторов. Поэтому изучение явлений, связанных с замыканием фазы на землю, представляет большой практический интерес.
В рассматриваемых распределительных сетях при нормальном режиме работы помимо рабочих токов по проводам протекают и ёмкостные токи, которые замыкаются через изолирующую среду, распределяясь как между проводами, так и между проводами и землёй. Обычно ёмкости проводов воздушных или кабельных линий по отношению к земле, а также ёмкости между проводами равны между собой, поэтому ёмкостные токи симметричны, их геометрическая сумма равна нулю и ток в земле отсутствует.
При возникновении металлического замыкания на землю какой-либо из фаз симметрия напряжения в системе нарушается. Напряжение повреждённой фазы снижается до нуля, а напряжения здоровых фаз повышается в 
раз, т.е. становится равным линейному напряжению. Одновременно на нейтрали появляется потенциал по отношению к земле, по величине равный напряжению повреждённой фазы, но с обратным знаком.
В связи с нарушением симметрии напряжения нарушается и симметрия ёмкостных токов, в результате чего в земле будет протекать ток. Ток, поступая в землю в месте замыкания, возвращается в схему по неповреждённым фазам через их ёмкостные проводимости.
Ёмкостная проводимость повреждённой фазы оказывается зашунтированной рассматриваемым замыканием, и ток в этой фазе за местом замыкания отсутствует.
Ёмкостные сопротивления элементов электрической системы значительно превышают их индуктивные и активные сопротивления, что позволяет пренебречь последними и, следовательно, считать, что величина этого тока практически не зависит от места замыкания в рассматриваемой электрически связанной сети. Ток в месте замыкания на землю IЗ , А определяется по формуле:
(2.31)
где 
- среднее фазное напряжение той ступени, где рассматривается замыкание на землю, В;
- результирующее ёмкостное сопротивление нулевой последовательности воздушных и кабельных линий, электрически связанных с местом замыкания, Ом.
Для грубой оценки величины тока замыкания на землю можно использовать формулу:
, (2.32)
где 
- суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с местом замыкания на землю, км;
- коэффициент, принимаемый равным для воздушных линий 350 и для кабельных 10.
На практике замыкания на землю часто возникают через электрическую дугу, которая вызывает перенапряжение, опасное для изоляции электроустановки. Опытным путём было установлено (а затем регламентировано ПУЭ), что для обеспечения самопогасания дуги необходимо, чтобы ток замыкания на землю не превышал:
- при 6 кВ – 30А,
- при 10 кВ – 20А,
- при 20кВ – 15А,
- при 35кВ – 10А.
Для ограничения тока замыкания на землю нейтрали трансформаторов заземляют через специальную катушку индуктивности. Индуктивность такой катушки можно выбрать так, чтобы в цепи, где протекает ток нулевой последовательности был обеспечен резонанс между индуктивностью и ёмкостью ( 
), т.е. к полной компенсации тока замыкания на землю. Данное условие будет выполнено при
. ( 2.33)
Такие катушки называются дугогасящими. Наиболее часто в качестве подобных катушек используют дугогасящие реакторы. Их выполняют с регулированием индуктивности для того, чтобы производить настройку при изменениях в защищаемой сети.
Реально, ток в месте замыкания на землю никогда не может быть скомпенсирован до нуля. Даже при полной настройке дугогасящих устройств будет протекать остаточный ток, обусловленный активными потерями в устройстве компенсации, утечками на землю и высшими гармониками.
Остаточный ток определяется по формуле:
(2.34) где 
- коэффициент настройки дугогасящего устройства;
- ток в катушке индуктивности, А;
- ток, обусловленный ёмкостью сети, А;
- активная составляющая тока, А.
Порядок выполнения работы
2.4.3.1 Собрать схему лабораторных испытаний, показанную на рисунке 2.5.1 (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!).
2.4.3.1.1 Особенности работы со схемой:
На схеме источник питания, представляющий собой блок генератор – трансформатор, обеспечивает электроснабжение радиальной распределительной сети с изолированной нейтралью. Сеть состоит из двух линий электропередачи, запитанных от одного общего источника. Одна из линий находится на холостом ходу (под напряжением, но без нагрузки), вторая работает на индуктивную нагрузку Sн. В конце нагруженной линии предусматривается возможность создания замыкания на землю одной вазы (точка З1) с помощью выключателя Q. Измерение токов фаз осуществляется с помощью универсального измерителя мощности (измерения производятся относительно нейтрали ЛЭП). Измерение частоты и грубое измерение линейного напряжения производятся с помощью измерительного модуля, содержащего 2 вольтметра и 2 частотомера, которые включаются на линейное напряжение генератора (два других прибора не используются). В качестве нагрузки Sн рекомендуется использовать модуль индуктивной нагрузки, включенный по схеме «звезда без нулевого провода». Нейтраль трансформатора со стороны первичной обмотки (со стороны генератора) подключается к нейтрали статорной обмотки генератора;
На рисунке 2.5.2 показан вариант схемы сети, работающей с резонансно – компенсированной нейтралью. В качестве компенсирующего реактора используется модуль линейного реактора, все три индуктивности которого включены последовательно в соответствии с рисунком 2.5.2;
2.4.3.2 Установить переключатели SA1 модулей ЛЭП в положение 3. Ёмкостную составляющую линии, питающей индуктивную нагрузку, установить в среднее положение (переключатели SA2 и SA3 в положение 2), ёмкостную составляющую линии, находящейся на холостом ходу, отключить (переключатели SA2 и SA3 в положение 1);
2.4.3.3 Установить переключатель величины индуктивности SA1 модуля индуктивной нагрузки в положение 3;
2.4.3.4 Перевести переключатели режима управления всех задействованных модулей в положение «Руч.»;
2.4.3.5 Установить потенциометры задания RP1 модуля частотного преобразователя и модуля возбуждения в крайнее левое положение;
2.4.3.6 Подать питание на стенд, включив автомат модуля питания стенда;
2.4.3.7 Включить все задействованные модули, имеющие индивидуальный тумблер подачи питания «Сеть»;
2.4.3.8 Переключатель «ВПЕРЁД – НАЗАД» на панели модуля частотного преобразователя перевести из нейтрального положения в положение «ВПЕРЁД»;
2.4.3.9 Плавно увеличивая напряжение задания модуля частотного преобразователя (потенциометр RP1), установить уставку частоты вращения приводного двигателя на уровне 50 Гц;
2.4.3.10 Плавно увеличивая напряжение задания модуля возбуждения (потенциометр RP1), установить ток возбуждения, соответствующий номинальному линейному напряжению генератора 220 В (следить по показаниям универсального измерителя мощности);
2.4.3.11 При необходимости, скорректировать уставку частотного преобразователя, если частота по показаниям частотомера не равна 50 Гц;
2.4.3.12 Записать величины действующих значений фазных токов и напряжений источника питания на холостом ходу;
2.4.3.13 Включить выключатель источника питания;
2.4.3.14 Записать величины действующих значений фазных токов и напряжений источника при работе на индуктивную нагрузку;
5.3.15 Включить выключатель Q, имитирующий замыкание на землю одной фазы в точке З1;
2.4.3.16 По показаниям универсального измерителя мощности записать величины действующих значений напряжений и токов всех фаз блока генератор – трансформатор при замыкании в точке З1;
2.4.3.17 Выключить выключатель Q;
2.4.3.18 Выключить генераторный выключатель;
2.4.3.19 Перевести переключатели SA2 и SA3 рабочей линии в положение 2, соответствующее удвоенному значению ёмкостной составляющей ЛЭП, что может быть интерпретировано как увеличение длины линии электропередачи;
2.4.3.20 Повторить опыт замыкания и записать полученные значения фазных токов и напряжений;
2.4.3.21 Включить ёмкостную составляющую ЛЭП, находящейся на холостом ходу. Для этого необходимо перевести переключатели SA2 и SA3 этой ЛЭП в положение 2. Это эквивалентно увеличению суммарной протяжённости линий электропередачи в сети с изолированной нейтралью;
2.4.3.22 Не меняя параметров линий электропередачи, добавить в схему компенсирующий реактор в соответствии с рисунком 5.2;
2.4.3.23 Провести опыт замыкания и записать действующие значения токов и напряжений всех фаз;
Требования к содержанию отчёта
Отчёт должен содержать расчётную схему, схемы замещения всех последовательностей, таблицы измеренных величин. В отчёт включаются векторные диаграммы, построенные для случаев недокомпенсации, перекомпенсации ёмкостного тока и резонансной настройки, а также результаты анализа и выводы.
2.4.5 Контрольные вопросы
1 Каков принцип компенсации ёмкостных токов в сетях с изолированной нейтралью? Какие последствия могут иметь место, если не производить компенсацию?
2 Что такое остаточный ток в месте замыкания на землю и способы его уменьшения?
3 Какие типы дугогасящих устройств применяются в электрических сетях, их достоинства и недостатки?
2.4.6 Дополнительная литература
2.4.6.1 Ульянов, С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах/С.А.Ульянов. - М.: Энергия, 1970.- С. 434-440;
2.4.6.2 Куликов, Ю.А. Переходные процессы в электрических системах/Ю.А.Куликов. - М.: МИР, 2003.- С. 145-151;
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11
lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...