Квазистационарные перенапряжения в сетях с компенсацией емкостного тока замыкания одной фазы на землю

Включение в нейтраль сети с изолированной нейтралью дугогасящего реактора, имеющее целью оптимизировать величину емкостного тока однофазного замыкания на землю и создать условия для самопогасания заземляющей дуги, в нормальном режиме работы этой сети (рис. 2.9, а) может явиться причиной возникновения в ней значительных резонансных перенапряжений. Такая возможность связана с тем, что в этом случае эквивалентная схема сети (рис. 2.9, б) представляет собой известную в электротехнике цепь резонанса напряжений, в которой эквивалентный источник последовательно связан с дугогасящим реактором и проводимостями фаз сети на землю. Условие возникновения резонанса напряжений в такой цепи (рис. 2.9, б):

, (2.44)

совпадает с условием (2.37) идеальной резонансной настройки дугогасящего реактора, установленного для компенсации емкостного тока замыкания на землю. Поэтому, если в нормально работающей сети в связи с какими-либо обстоятельствами оказывается не равным нулю и выполняется условие (2.44), то в указанном резонансном контуре (рис. 2.9, б) возникает резонанс напряжений. При этом ток ограничивается только потерями в и , а напряжение в нейтрали и напряжения на фазах и (согласно (2.1)) могут иметь значения, на много превышающие допустимые для изоляции электрооборудования.

Рис. 2.9. Сеть с резонансно заземленной нейтралью:

а) трехфазная схема; б) эквивалентная схема замещения

Факторы, определяющие режим напряжений в нормально работающей сети с резонансным заземлением нейтрали могут быть рассмотрены с помощью методики, использованной в п.п. 2.2 и 2.3. По аналогии с (2.2) и (2.3) для узла схемы рис. 2.9, а, связанного с землей, уравнения баланса токов запишем в виде:

(2.45)

или

. (2.46)

Решив (2.1) и (2.46) совместно, получим выражение для расчета напряжения несимметрии в нормально работающей сети с резонансно заземленной нейтралью:

. (2.47)

Полагая в (2.47), например, , придем к выводу, что при однофазном замыкании на землю напряжения в такой сети практически совпадают с напряжениями в сети с изолированной нейтралью (рис. 2.8), т. к.

,

а и согласно (2.1) будут отвечать выражениям (2.15)–(2.17).

Для нормального же режима работы сети с резонансно заземленной нейтралью (2.47) можно придать следующий вид:

, (2.48)

где отвечают соответственно (2.6) и (2.7); а и (2.41) и (2.42).

Обычно характеризуют его относительной величиной , получившей название степени относительного смещения нейтрали сети, которая в прцентах определяется по выражению, аналогичному (2.15):

. (2.49)

Из (2.48) и (2.49) следует, что несимметрия емкостных или активных проводимостей фаз сети на землю в сети с резонансно заземленной нейтралью также сопровождается наличием в нейтрали напряжения несимметрии . Однако, в этом случае в отличие от сети с изолированной нейтралью модуль этого напряжения, кроме того имеет резонансную зависимость от величины расстройки компенсации (рис. 2.10).

В частности, если реактор настроен в резонанс , то относительное значение модуля достигает своего максимального значения, равного:

_Nр = . (2.50)

Рис. 2.10. Резонансные кривые относительной степени смещения нейтрали сети:

1 – _Nр – для нормального режима работы сети;

2, 3, 4 – то же самое в случаях возникновения потери части емкостной проводимости

фазы А сети, соответственно 4,3 %, 12,5 % и 17 %

При этом само это напряжение, а следовательно и напряжения на фазах будут тем большими, чем меньшее значение будет иметь коэффициент демпфирования . Так, например, если , то при в сети с резонансно заземленной нейтралью модуль будет в 50 раз превышать его же значение ( ) в сети, работающей без дугогасящего реактора.

В целях ограничения перенапряжений до значений безопасных для изоляции электрооборудования сетей с резонансно заземленной нейтралью ПТЭ определяет, что в таких сетях до установки дугогасящего реактора степень относительной несимметрии сети не должна превышать 0,75 %. В этом случае степень относительного смещения нейтрали сети при подключении в нейтраль реактора, настроенного в резонанс, не будет превышать 15 % от величины фазного напряжения. Если же это условие не выполняется, то должны быть приняты меры по симметрированию емкостных проводимостей фаз сети на землю путем транспозиции фаз линий электропередачи или подключения в сеть симметрирующих конденсаторов (конденсаторов связи, импульсных конденсаторов).

Возможные в сетях с резонансно заземленной нейтралью аварийные обрывы фаз без падения проводов на землю, недовключения или недоотключения фаз выключателей заметно увеличивают несимметрию сети, создавая условия для увеличения (рис. 2.9, б) и увеличения соответственно резонансных перенапряжений сети (рис. 2.10). При этом следует иметь в виду, что поскольку эквивалентная емкость сети уменьшается, то согласно (2.37), резонанс кривой зависимости от степени расстройки компенсации смещается в зону недокомпенсации и, если в доаварийном режиме сеть работала со значительной недокомпенсацией, то при возникновении несимметрии, связанной с потерей части емкостей фаз, рабочий режим может оказаться в зоне значительных резонансных перенапряжений, обусловленных новым состоянием параметров сети (рис. 2.10). Это может повлечь за собой разрушение изоляции электрооборудования и развитие аварии. Если же до аварийного разрыва сеть работала с резонансной настройкой или с перекомпенсацией, то разрыв фазы, снижая суммарную емкость сети, приводит к смещению рабочего режима в зону еще большей перекомпенсации, где возможные величины напряжений несимметрии в нейтрали много меньше, чем в зоне недокомпенсации.

В связи с указанным ПТЭ рекомендует, как правило, резонансную настройку компенсации. Если таковая по каким-либо причинам не возможна – настройку с перекомпенсацией на 5-10 %. Недокомпенсация допускается лишь в крайних случаях и не более чем на 5 %. При этом обязательно должна быть выполнена проверка возможных уровней напряжений в сети при не включении одной фазы наиболее длинной линии электропередачи. В этом случае степень относительного смещения нейтрали сети не должна превышать 70 % от фазного напряжения. При невыполнении указанных условий должен быть выбран другой реактор, позволяющий обеспечить необходимое снижение напряжения в нейтрали сети в аварийных режимах.