Растекание тока в земле при замыкании (стр. 4 из 4)

Особенностью модели является возможность анализа однофазных глухих и дуговых замыканий на землю не только вблизи сборных шин, но и в индуктивных обмотках двигателей, трансформаторов, а также замыканий при наличии смещения нейтрали, вызванного несимметрией нагрузки. На рис. 3 приведена схема замещения сети собственных нужд электростанции и стрелками показаны пути протекания токов в нормальном режиме. Рассматриваемая сеть представлена сосредоточенными параметрами: фазными и междуфазными емкостями и активными сопротивлениями, взаимоиндукцией между фазами. Источник питания и специальный присоединительный трансформатор включены в схему соответствующими фазными индуктивностями рассеяния и активными сопротивлениями. Высоковольтные двигатели введены в схему замещения фазными сверхпереходными индуктивностями рассеяния и активными сопротивлениями. В нейтраль присоединительного трансформатора включены токоограничивающий резистор и реактор. Цепь замыкания фазы на землю в обмотке двигателя имитируется емкостью и активным сопротивлением дуги. Схема описывается системой дифференциальных уравнений относительно неизвестных контурных токов и напряжений в узлах. В операторной форме эта система имеет вид:

где р – оператор дифференцирования

К этим уравнениям необходимо добавить также дифференциальные уравнения, записанные для напряжений на емкостях. Эти уравнения имеют вид:

Рисунок 3 – Схема замещения сети собственных нужд электростанции

Анализ подобных режимов с помощью описанной модели позволит оценить работоспособность различных видов защит от замыканий на землю, выбрать такой режим работы нейтрали, при котором перенапряжения будут минимальными, а также определить предельную длительность существования дугового замыкания из условия термической стойкости разрядников типа ОПН.

В случае резистивного заземления нейтрали эта математическая модель позволяет не только оценить ожидаемую кратность перенапряжений, но и, исходя из поставленных условий, выбрать значение номинала заземляющего резистора, что в свою очередь является весьма непростой задачей.

Низкоомное резистивное заземление нейтрали призвано создать ток при однофазном замыкании в десятки и даже сотни ампер и, естественно, сочетается с устройством релейной защиты, действующей на немедленное отключение поврежденного присоединения. Величина тока в месте замыкания выбирается исходя из требуемой чувствительности работы устройств релейной защиты. Проведенные исследования показывают, что такой режим заземления нейтрали обоспечивает достаточно глубокое (до 2,2–2,4 Uф) ограничение перенапряжений и сокращает до минимума время их воздействия.

Рисунок 4 – Замыкание фазы С на землю и погасание дуги при первом переходе через «нуль» тока высокочастотных колебаний (RD=100 Ом, С =3 мкФ, IC= 9 А)

Ограничение перенапряжений происходит за счет создания пути стекания зарядов емкостей здоровых фаз на землю через активное сопротивление, включенное в нейтраль специального присоединительного трансформатора.

В работе предполагается дополнить схему замещения для более точного моделирования процессов, протекающих при однофазных замыканиях на землю. Это в свою очередь повлечет увеличение количества дифференциальных уравнений, но при этом появится возможность учитывать токи от двигателей собственных нужд в месте замыкания. Учет влияния двигателей позволит более выбрать уставки срабатывания релейной защиты для ее надежного и селективного действия при возникновении повреждения.

Кроме этого наличие в схеме нелинейных элементов, например, оксидно-цинковых активных сопротивлений (ОПН) и измерительного трансформатора напряжения с нелинейной характеристикой, приводит к необходимости учета их параметров, которые являются функциями от величин, зависящих от режима работы системы. В программе эти нелинейные характеристики задаются с помощью условных операторов, реализующих таким образом кусочно-линейную аппроксимацию. Это не может не привести к некоторой погрешности при проведении исследований. Поэтому в работе также ставится задача аппроксимации нелинейных характеристик с помощью метода наименьших квадратов, что в большей мере отвечает физике протекающих в схеме процессов.

Однако на этом перечень нерешенных вопросов не исчерпывается, так как при выборе режима нейтрали для каждой конкретной сети должны учитываться ее специфические особенности, в частности: ее параметры, состояние изоляции, категория потребителей, наличия средств защиты от замыканий на землю, требования к электробезопасности и т.д. Именно поэтому появляются новые перспективы исследования в работе.

Выводы

1. Основной причиной высокой повреждаемости электрооборудования в сетях среднего класса напряжения являются дуговые перенапряжения, возникающие при перемежающемся характере горения дуги в месте пробоя фазной изоляции на землю.

2. Проблема повышения надежности работы распределительных сетей напряжением 6–10 кВ складывается из целого комплекса задач, эффективное решение которых может быть найдено для каждой конкретной сети индивидуально с учетом характерных ее особенностей на основе комбинированного использования средств релейной защиты, совершенствования режима заземления нейтрали, применения ограничителей серии ОПН с разными порогами ограничения и системы быстрого и автоматического шунтирования поврежденной фазы.

3. Эффективное решение проблемы повышения надежности работы распределительных сетей напряжением 6–10 кВ может быть найдено на основе проведения большого объема научных и экспериментальных исследований.

Литература

1. Циркуляр Ц-01–88. О повышении надежности сетей 6кВ собственных нужд энергоблоков АЭС.-М., 1988.

2. Циркуляр Ц-01–97. О повышении надежности сетей 6кВ собственных нужд энергоблоков АЭС.-М., 1997.

3. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Анализ процессов дуговых замыканий на землю в сетях собственных нужд ТЭС и АЭС.-Сб.научн. трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып. 17: – Донецк: ДонГТУ, 2000, с. 129–133.

4. Подъячев В.Н., Плессер М.А., Беляков Н.Н., Кузьмичева К.И. Глубокое ограничение перенапряжений при замыканиях на землю в сети собственных нужд ТЭС.-Энергетик, 1999, №2, с. 20–21.

5. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Математическая модель для исследования переходных процессов при замыкании фазы на землю в сетях 6–10 кВ. – Сб.научн. трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып. 4: – Донецк: ДонГТУ, 1999, с. 221–226.

6. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Анализ процессов дуговых замыканий на землю в сетях собственных нужд ТЭС и АЭС. – Сб. научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып. 17: – Донецк: ДонГТУ, 2000. С. 129–133.

7. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Управление режимом нейтрали 6 кВ при замыкании фазы на землю. Электроэнергетика и преобразовательная техника: Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Сборник научных трудов. Выпуск 127. – Харьков: ХГПУ. 2000. С. 91–96.

8. Зильберман В.А., Эпштейн И.М. и др. Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВ на перенапряжения и работу релейной защиты // Электричество. – 1987. – №12. – С. 52–56.

9. Лихачев Ф.А. Перенапряжения в сетях собственных нужд // Электрические станции. – 1983. – №10. – С. 37–41.