А1.3 Классификация электрических сетей по способу заземления нейтралей. Сети с изолированной нейтралью. Контроль изоляции в сети с изолированной нейтралью

А1.4 Токоведущие части электроустановок. Сопротивление проводников на переменном токе. Поверхностный эффект и эффект близости, конструкции шинных устройств. Принципы выбора.

Все соединения внутри закрытого РУ 6-10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми ши­нами прямоугольного или коробчатого сечения. Соединение от ГРУ выводов трансформатора связи осуществляется шинным мостом или гибким подвесным токопроводом.

Токоведущие части в РУ 35 кВ и выше обычно выполняются сталеалюминевыми проводами АС. В некоторых конст­рукциях ОРУ часть или вся ошиновка может выполняться алюминиевыми трубами.

В цепях линий 6-10 кВ вся ошиновка до реактора и за ним, а также в шкафах КРУ выполнена прямоугольными алюми­ниевыми шинами. Непосредственно к потребителю отходят кабель­ные линии.

В блоке генератор - трансформатор на КЭС и отпайка к трансформатору собственных нужд выполняются комплектным пофазно-экранированным токопроводом.

В цепи резервного трансформатора собственных нужд может быть выполнен кабелем или гибким проводом.

На подстанциях, в открытой части, могут применяться провода АС или жесткая ошиновка алюминиевыми трубами. Соединение трансформатора с закрытым РУ 6-10 кВ или с КРУ 6-10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. В РУ 6-10 кВ применяется жесткая ошиновка.

Принципы выбора жестких шин:

Проверка по допустимому току.

Проверка на термическую стойкости при к.з.

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

Принципы выбора сечение гибких шин и токопроводов:

По экономической плотности тока

По длительно допустимому току

По термическому действию тока к. з

По электродинамическому действию тока к. з

Сопротивление проводника постоянному току определяется по формуле r_о=ρl/S. Это сопротивление можно также определить, зная величину постоянного тока Iо и мощность Р_о: r_о = P_о / I_о²

В цепи переменного тока сопротивление r того же проводника больше сопротивления постоянному току: r > r_о. Это объясняется тем, что при переменном токе плотность тока не одинакова в различных точках поперечного сечения проводника. У поверхности проводника плотность тока больше, чем при постоянном токе, а в центре меньше.

При высокой частоте неравномерность проявляется так резко, что плотность тока в значительной центральной чисти сечения проводника практически равна нулю, ток проходит только в поверхностном слое. Это явление получило название поверхностного эффекта.

Неодинаковая плотность тока в проводе выходит также из-за воздействия токов в примыкающих проводах. Это явление именуется эффектом близости.

Рассматривая магнитное поле токов одною направления в 2-ух параллельно расположенных проводах, можно отметить, что те простые проводники, которые более удалены друг от друга, сцеплены с минимальным магнитным потоком, как следствие, плотность тока в них большая. Если токи в параллельных проводах имеют различные направления, то большая плотность тока наблюдается в тех простых проводниках, которые более сближены.

 

А1.9 ЭДУ при трехфазном токе

Условные направления токов й электродинамических сил в трехфазном токопроводе:

 А – при трехфазном КЗ;                             Б – при двухфазном КЗ

Рисунок А

Сила взаимодействия среднего проводника В с двумя крайними А и С при трехфазном КЗ отнесенная к единице длины, может быть определена из выражения

Знак минус указывает, что силы взаимодействия с крайними проводниками A и C направлены противоположно.

Силы, действующие на единицу длины крайних проводников

Множитель 1/2 у второго слагаемого учитывает удвоенное расстояние между проводниками А и С.

Рисунок Б

При двухфазном КЗ силы на единицу длины проводников А и В или В и С:

Множитель 0,75 – это отношение токов при двухфазном и трехфазном КЗ в предположении, что точка короткого замыкания удалена от генераторов: .

Выражения для электродинамических сил на единицу длины:

а) при трехфазном КЗ на средний проводник B:

;

б) при трехфазном КЗ на крайние проводники:

;

в) при двухфазном КЗ:

,

где  – безразмерные функции, определяющие изменение соответствующих электродинамических сил во времени.

Эти функции слагаются из 4 составляющих:

(1) постоянной составляющей f₀ и (2) периодической составляющей  с частотой 100 Гц, возникающих от взаимодействия периодических составляющих токов в проводниках;

(3) периодической составляющей  с частотой 50 Гц от взаимодействия периодических и апериодических составляющих токов разных проводников;

(4) экспоненциальной составляющей  от взаимодействия апериодических составляющих токов.

Электродинамические силы в трех­фазном токопроводе как функции времени (относительные значения):

а – при трехфазном КЗ действующие на сред­ний проводник;

б – то же на крайние проводники;

в – при двухфазном КЗ

 

На рисунке приведены кривые, поясняющие изменение электродинамических сил во времени. По оси абсцисс отложено отношение t/T, где T=1/f – период колебаний тока. По оси ординат отложены безразмерные функции .

 

 

А1.10 Расчет электродинамической стойкости жестких шин при КЗ

При проверке шинных конструкций на электродинамическую стойкость расчетными величинами являются максимальное напряжение в материале шин σ _max (Па) и максимальная нагрузка на изоляторы F _max (H).

1. Для проверки электродинамической стойкости шинных конструкций следует использовать следующие неравенства:

где σ _доп и F _доп – допустимое механическое напряжение в материале шин, Па, и допустимая механическая нагрузка на изоляторы, Н

 – макс. ЭДУ на ед. длины проводника

l- длина пролета, λ- учитывает длину пролета (8,10,12); W – момент сопротивления изгиба.

Допустимое значение длины пролета:

2. В зависимости от взаимного расположения шин и изоляторов последние при воздействии на них электродинамических сил работают на изгиб или растяжение (сжатие) или одновременно на изгиб и растяжение (сжатие). Допустимую нагрузку на изолятор (изоляционную опору) F _доп следует принимать равной 60 % минимальной разрушающей нагрузки P _paзp, приложенной к вершине изолятора (опоры) при изгибе или разрыве

; ; ;

3. Для составных шин часто используют доп.условие эл.дин. стойкости:

 – расстояние между прокладками. Определяется таким образом, чтобы мех. напряжение изгиба не превышало доп. значений.

; ;

 

 

А1.3 Классификация электрических сетей по способу заземления нейтралей. Сети с изолированной нейтралью. Контроль изоляции в сети с изолированной нейтралью

Способы заземления нейтралей

 Нейтралями электроустановок называют общие точки обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в зна­чительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения и т. д. В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: 1) сети с незаземлепными нейтралями; 2) сети с резонансно-заземленными нейтралями; 3) сети с эффективно-заземленными нейтралями; 4) сети с глухозаземленными нейтралями. 

а) Трехфазные сети с незаземленными нейтралями

В нормальном режиме работы напряжение фаз сети относительно земли симметричны и равны фазному напряжению, а ёмкостные токи фаз относительно земли также симметричны и равны между собой. Емкостный ток фазы: . C – емкость фазы относительно земли. Геометрическая сумма емкостных токов трёх фаз равна нулю.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в  раз и становятся равными междуфазному напряжению. Емкостные токи неповреждённых фаз также увеличиваются в  раз. Ток повреждённой фазы будет равен нулю, так как эта ёмкость является закороченной. Геометрическая сумма векторов ёмкостных токов неповреждённых фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток I _c оказывается в 3 раза больше, чем ёмкостный ток фазы в нормальном режиме: . I _c зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз – больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

б) Трехфазные сети с резонансно-заземленными нейтралями

Для компенсации емкостного тока на землю  в нейтраль генераторов или трансформаторов включают дугогасящие реакторы, индуктивное сопротивление которых соответствует емкостному сопротивлению сети: . При замыкании на фазы на землю в месте повреждения протекают токи  и , сдвинутые на 180° друг относительно друга, следовательно, результирующий ток  будет недостаточен для поддержания дуги, и она не возникнет. Изоляция не будет подвергаться опасным перенапряжениям, приводящим к КЗ и отключению линий. Настроить дугогасящий реактор можно в резонанс (когда ), в режим недокомпенсации (когда ) и в режим перекомпенсации (когда ). Желательна настройка в резонанс.

в) Трехфазные сети с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями

Глухое заземление нейтрали применяется в сетях до 1кВ. При этом все нейтрали источников питания соединяются с землей.

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь при­меняется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режима работы. Это основное, достоинство такого способа заземления нейтралей.

Недостатком режима заземленной нейтрали является то, что замыкание фазы на землю является коротким замыканием и требует немедленного отключения. Значительная часть однофазных замыканий в сетях 110 кВ и выше при снятии напряжения самоустраняется, поэтому автоматическое повторное включение (АПВ) восстанавливает питание потребителей.

Контроль изоляции

В сетях с изолированной нейтралью контроль состояния изоляции легко осуществить с помощью трех вольтметров. Вольтметры подключаются к зажимам основной вторичной обмотки трехфазного трехобмоточного трансфрматора напряжения серии НТМИ. Для этой же цели могут использоваться и однофазные трансформаторы напряжения (рис. 1).

При нарушении изоляции фазы (замыкании ее на землю) показание вольтметра на этой фазе снизится, а показания вольтметров на двух других неповрежденных фазах возрастут. При металлическом замыкании на землю вольтметр поврежденной фазы покажет нуль, а на других фазах напряжение возрастет в 1,73 раз и вольтметры покажут линейные напряжения.

О нарушении изоляции фазы оперативный персонал подстанции может узнать и по работе сигнальных устройств. В качестве сигнального устройства применяется реле контроля изоляции Н, которое подключается к выводам дополнительной вторичной обмотки трансформатора. При замыкании на землю на зажимах этой обмотки возникает напряжение нулевой последовательности 3U0, реле Н срабатывает и подает сигнал.