АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ

АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ

Ганиева Нигяр Акиф

старший лаборант, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,

Азербайджан, г. Баку

ANALYSIS OF TRANSIENT PROCESSES OCCURING IN SINGLE-PHASE GROUND FAULT

Ganiyeva Nigar Akif

senior laboratory, Azerbaijan State Oil and Industry University,

Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Целью работы является исследование и анализ переходных процессов, которые происходят при однофазных замыканиях на землю. В статье рассмотрены нейтральные изолированные сети, сети с компенсацией емкостных токов однофазного замыкания на землю. В статье также проведен анализ работы дугогасительной катушки. Даны методы восстановления напряжения в цепи. В конце работы даны общие выводы.

ABSTRACT

The aim of the work is to study and analyze transient processes that occur during single-phase ground faults. The article deals with neutral isolated networks, networks with compensation of capacitive currents of a single-phase earth fault. The article also analyzes the operation of the arc quenching coil. Methods for restoring voltage in the circuit are given. At the end of the work, general conclusions are given.

Ключевые слова: однофазное замыкание, нейтраль, компенсация, дугогасительная катушка, напряжение.

Keywords: single-phase fault, neutral, compensation, arcing coil, voltage.

Нейтральные изолированные сети. Подавляющее большинство аварий в сетях 6-35 кВ происходит из-за однофазных замыканий на землю и перенапряжений. При длительном коротком замыкании одной фазы в сетях с изолированной нейтралью напряжение в здоровых фазах возрастает до линейного напряжения –U_л=U_ф. Такое напряжение не представляет угрозы для сети, которая в этот момент имеет плохую изоляцию.

Подавляющее большинство однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью вызвано искрением, и в большинстве случаев этот процесс не является постоянным. Дуга вспыхивает несколько раз, пока не погаснет полностью - вспышка дуги повторяется, в результате чего в сетях происходят повторяющиеся электромагнитные коммутационные процессы и, следовательно, возникают экстремальные напряжения.

Причина образования экстремальных напряжений при многократной вспышке дуги заключается в том, что при гашении дуги в емкостях фаз остается электрический заряд, в результате чего происходит смещение нейтрали сети.

Таким образом, величина и характеристика перенапряжений определяют условия зажигания и гашения дуги [1]. 

Сети с компенсацией емкостных токов однофазного замыкания на землю.

Анализ работы дугогасительной катушки. Работа дугогасящих катушек может быть основана на двух процессах:

• обмотка компенсирует емкостной ток.

• резко снижает скорость восстановления напряжения в дуговом диапазоне

Когда отличие от точной настройки находится в пределах v=+-5%, скорость восстановления напряжения мало отличается от таковой при точной настройке. При больших значениях «v» значение восстанавливаемого напряжения может быть выше фазного напряжения.

Таким образом, для надежного гашения дуги настройка должна быть максимально точной. Это снижает как стоимость постоянного тока, так и скорость восстановления напряжения.

Смещение нейтрали в компенсированных сетях. При точной настройке дугогасительной катушки во всех случаях обеспечивается надежное гашение дуги однофазного замыкания на землю. Однако в это время происходит большое смещение нейтрали сети и, как следствие, избыточные напряжения в фазах. Также такая ситуация обычно возникает при избыточной мощности и смещении нейтрали в сети [2].

Указанное положение можно пояснить на основе схемы замены, представленной на рис. 1. В изолированной сети с нейтралью дугогасящая катушка включается последовательно в сумму емкостей и крутизн сети, а в цепь подается напряжение смещения нейтрали сети – U₀. Таким образом, рис.1. образует по схеме резонансный контур, и можно в значительной степени повысить напряжение в отдельных элементах контура.

Рисунок1. Схема компенсации напряжения в дугогасящей обмотке при нормальной работе

Напряжение на изолированной нейтрали сети:

Здесь:

– относительная проводимость фаз по отдельности.

В норме, даже когда провода в линии расположены горизонтально, емкости фаз по отношению к земле не равны. При горизонтальном расположении проводов мощность средней фазы на 10% меньше, чем у крайних фаз [3].

Таким образом, если принять C₁=C₃=C_ф  и  C₂=0,9C_ф, то согласно уравнению получим

U₀=0,035Uф 

Рисунок 2. Зависимость напряжения смещения от степени настройки

Смещение нейтрали в идеальной настройке

при =0,05 напряжение смещения нейтрали достигает Uо=0,7Uф. Так, напряжение одной из фаз снижается до 0,3Uф, а в других фазах увеличивается до 1,5Uф. В таких условиях увеличиваются потери, ускоряется износ изоляции, возрастает вредное воздействие на линии связи.

Уменьшение коэффициента настройки немного уменьшает смещение нейтрали. Однако в этом случае ухудшается состояние гашения дуги однофазного замыкания на землю [4].

Заключение.

1. В последнее время расширение сетей 10-35кВ обычно осуществляется кабельными линиями, и в отличие от кондуктивных однофазных замыканий на землю, возникающих в ВЛ из-за атмосферных перенапряжений, однофазные замыкания на землю, вызванные пробоями изоляция кабеля не проводит ток. Нарушение изоляции кабеля из-за необратимого повреждения непроводящего характера резко снижает эффективность устройств гашения дуги.

2. При заземлении одной фазы изоляция двух других фаз остается под действием избыточного напряжения, равного длительному линейному напряжению. Это увеличивает вероятность двух- или трехфазных коротких замыканий. В кабельных линиях, кроме того, также резко увеличивается процесс износа изоляции.

3. В связи с расширением сетей увеличивается значение однофазных токов замыкания на землю, и как следствие, увеличивается значение тока в некомпенсированной высокочастотной цепи и становится трудно погасить дугу.

4. Дополнительные меры по ограничению смещения нейтрали в компенсированных сетях усложняют эксплуатацию необходимой сети.

Список литературы:

1. Техника высоких напряжений. Под редакцией Кучинского Г.С. СПб.: Энергоатомиздат, 2003. – 608 с.
2. Емельянов Н.И., Ширковец А.И. Актуальные вопросы применения резис-тивного и комбинированного заземления нейтрали в электрических сетях 6-35 кВ. // Энергоэксперт, 2010, №2.
3. Титенков С. 4 режима заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ. Изолированную нейтраль объявим вне закона. // Новости электротехники, 2003, №3.
4. Шалин А.И. Замыкания на землю 6-35 кВ. Влияние электрической дуги на направленные защиты. // Новости электротехники, 2006, №37.