Имитационная модель однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №22 (156) июнь 2017 г.

Дата публикации: 04.06.2017

Статья просмотрена: 855 раз

Библиографическое описание:

Боева Л. В., Киселёв Г. Ю. Имитационная модель однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью // Молодой ученый. — 2017. — №22. — С. 26-30. — URL https://moluch.ru/archive/156/44183/ (дата обращения: 21.05.2019).



Электрические сети могут работать с заземленной или изолированной нейтралью трансформаторов и генераторов. Сети 6, 10 и 35 кВ как правило работают с изолированной нейтралью трансформаторов. Это позволяет при однофазных повреждениях не прекращать электроснабжение трехфазных потребителей электроэнергии. Особенно часто однофазные замыкания возникают на воздушных линиях из-за особенностей их конструкции, однако проблема актуальна и для кабельных линий. В последнее десятилетие наметилась тенденция к переводу сетей 6–10 кВ на режим работы с эффективно заземленной через резистор нейтралью трансформатора.

Целью данной работы является разработка модели, которая позволит симулировать переходные процессы, происходящие в сети при возникновении неполнофазных повреждений. Для реализации проекта был выбран программный комплекс MatlabSimulink.

1.1 Схема работы сети сизолированной нейтралью

В электроустановках с повышенными требованиями безопасности (взрывоопасные установки и др.) используют только режим изолированной нейтрали при напряжении до 1 кВ [1].

В сети с изолированной нейтралью замыкание одной фазы на землю не является КЗ. Именно поэтому такая система получала такое широкое распространение. Сеть с изолированной нейтралью может работать несколько часов с замыканием фазы на землю. При этом, ток замыкания на землю получается во много раз меньше, чем ток междуфазных КЗ. Это главное преимущество сети с изолированной нейтралью. Также при этом нет необходимости в применении специальных быстродействующих защит от замыкания на землю, т. е. не требуются дополнительные затраты на выполнение и эксплуатацию защиты.

Однако при замыкании на землю возникают перенапряжения на поврежденных фазах относительно земли, что является серьезных недостатком.

  1. Схема замещения сети сизолированной нейтралью

Рис. 1. Схема замещения сети с изолированной нейтралью

где UA, UB, UC — фазные напряжения соответственно фаз А, В, С проводов по отношению к нулевой точке;

СA, СB, СC — емкости проводов воздушной линии по отношению к ”земле“;

IA, IB, IC — токи протекающие на ”землю“ через емкости С A, СB, СC и активные проводимости G;

UA-3, UB-3, UC-3 фазные напряжения соответственно фаз А, В, С проводов по отношению к ”земле“;

САВ, СВС, САС — емкости между проводами воздушной линии;

В нормальном режиме работы системы напряжение между проводами и землей будут соответственно равны фазным напряжениям UA, UB, UC. Векторы этих напряжений образуют практически симметричную систему и сумма их равна нулю.

Напряжение между ”землей“ и нейтралью трансформатора (потенциал нейтрали) определяется из следующего выражения (1)

(1)

где ω — угловая частота (ω=2πf);

ωСA, ωСB, ωСC — емкостная проводимость фазы А, B,C на ”землю“;

При возникновении замыкания на ”землю“ какой-либо из фаз (например, фазы А) симметрия напряжений по отношению к ”земле“ и токов нарушается.

Возникший при этом потенциал на нейтрали определяется как

(2)

Ток IB протекает под действием напряжения UB+UN и равен .

Ток IC протекает под действием напряжения UC+UN и равен

Ток IЗ равен векторной сумме токов IB и IC. Отсюда получаем выражение

IЗ=ЗUФωС (3)

Таким образом, при металлическом замыкании на землю фазы А токи через емкости на поврежденных фаз увеличиваются в раз, а ток IЗ, проходящий через место повреждения в землю, равен утроенному значению емкостного тока фазы А при нормальной работе.

  1. Схема работы сети скомпенсированной нейтралью

Рис. 2. Схема замещения сети с компенсированной нейтралью при замыкании фазы А на землю

ДГР предназначен для компенсации емкостного тока при замыкании фазы на землю. Поэтому индуктивное сопротивление ДГР соответствует емкостному сопротивлению сети [2]:

(4)

если равны емкости фаз относительно земли .

(5)

Для случая равенства емкостей (проводимостей) фаз смещение нейтрали относительно земли отсутствует () и сеть ведет себя так, как будто нейтраль сети изолирована [3].

При металлическом замыкании на неповрежденных фазах сети действуют линейные напряжения источника, в нейтральной точке потенциал равен ЭДС поврежденной фазы, а напряжение поврежденной фазы равно нулю. Все происходит точно так же, как и в сети с изолированной нейтралью. Однако в месте повреждения появляется дополнительный индуктивный ток, обусловленный напряжением на нейтрали

(6)

и индуктивно-активной проводимостью ДГР (7)

(7)

Если пренебречь активной составляющей тока, то индуктивный ток ДГР определяется по формуле (9)

(8)

то есть при резонансной настройке ДГР индуктивный ток ДГР равен по величине, но противоположен по знаку емкостному току замыкания на землю.

  1. Имитационная модель однофазного замыкания на землю

Рис. 3. Модель системы для исследования однофазного замыкания на землю

Рис. 4. Графики переходного процесса при КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью В точке КЗ

Рис. 5. Графики переходного процесса при КЗ на землю в сети с компенсированной нейтралью

Вывод: Для режима с изолированной нейтралью при возникновении короткого замыкания напряжение в поврежденной фазе падает почти до нуля. Минимальное оставшееся напряжение обусловлено активным сопротивлением линии. Напряжения в двух неповрежденных фазах возрастают до линейных. Полные фазные в сети изменяются незначительно, что делает невозможным настроить защиту от однофазных замыканий по току и обуславливает необходимость использования более сложных методов, которые описаны в предыдущей статье.

Для режима с компенсированной найтралью результаты показывают значительное снижение тока в месте КЗ, что положительно сказывается на вероятности самозатухания дуги и самоустранению таким образом повреждения линия.

Результаты работы могут использоваться в проектной деятельности для моделирования переходных процессов при неполнофазных повреждениях в сети 6–10 кВ с изолированной, компенсированной или эффективно заземленной нейтралью.

Литература:

  1. Правила устройства электроустановок: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 08.07.02: ввод в действие с 01.01.03. — М.: НЦ ЭНАС, 2011. — 750 с.
  2. Базылев Б. И. и др. Дугогосящие реакторы с автоматической компенсацией емкостного тока замыкания на землю: СПБ: Издательство ПЭИПК, 1999. — 184 с.
  3. Калихман_С.А.,_Злобин_Ю.И._Режимы_нейтрали_и_перенапряжения: Учебное пособие_/_Чуваш._ун-т._Чебоксары,_1994._–_64_с.
Основные термины (генерируются автоматически): изолированная нейтраль, земля, напряжение, сеть, фаза А, ток, схема замещения сети, поврежденная фаза, индуктивный ток, воздушная линия.


Похожие статьи

Анализ четырехфазных линий электропередач

Если при пробое изоляции одной фазы трехфазной линии в сети с изолированной нейтралью линия может продолжать работать, то однофазный пробой изоляции в четырехфазной линии превращается в короткое замыкание, требующее отключения.

Анализ симметрии напряжения в распределительных...

Вариабельность нагрузок по фазам в низковольтной электрической сети не позволяет четко распределить и зафиксировать распределение нагрузок по фазам и построить симметричную

ВДТ увеличивает напряжение в сети и устраняет несимметрию токов и напряжений.

Организация защиты от однофазных замыканий на землю...

Рис. 1. Двухчастотная схема замещения радиальной сети 6–10 кВ для анализа переходных процессов при ОЗЗ.

Переходный ток ОЗЗ в месте повреждения для сети с изолированной нейтралью пропорционален производной напряжения

Расчет несимметричных трехфазных цепей | Статья в журнале...

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения, а также понижением уровня напряжения в электрической сети.

Режимы работы и замыкания в электроустановках

Напряжение между поврежденными фазами равно нулю, а фазные напряжения равны

(Этот вид короткого замыкания справедлив только для сетей с заземленной нейтралью, также как и двухфазное короткое замыкание на землю.)

Методы измерения наведенного напряжения в сетях 0,38/10 кВ...

наведенное напряжение, измерение, различная схема заземления, рабочий ток, линия, рабочее место, метод измерения, индуктивное влияние, заземление, воздушная линия.

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод...

– увеличиваются потери в сети и в электроприемниках, например, в двигателях

– снижается эффективность устройств компенсации емкостных токов замыкания на землю, так как большие остаточные

– объединение вентильных преобразователей в группы по схеме умножения фаз

Определение наведенных напряжений в сетях 0,38–10 кВ

Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, наведенное напряжение, действующая линия, схема замещения.

Чем выше ток нагрузки на влияющей линии, тем выше электромагнитная составляющая.

Исследование влияния компактных люминесцентных ламп на...

Проведено сравнение спектрального состава тока электрической сети до и после установки в неё энергосберегающей лампы.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Рис. 2. Напряжение в фазах электрической сети, при симметричной активной нагрузке.

Похожие статьи

Анализ четырехфазных линий электропередач

Если при пробое изоляции одной фазы трехфазной линии в сети с изолированной нейтралью линия может продолжать работать, то однофазный пробой изоляции в четырехфазной линии превращается в короткое замыкание, требующее отключения.

Анализ симметрии напряжения в распределительных...

Вариабельность нагрузок по фазам в низковольтной электрической сети не позволяет четко распределить и зафиксировать распределение нагрузок по фазам и построить симметричную

ВДТ увеличивает напряжение в сети и устраняет несимметрию токов и напряжений.

Организация защиты от однофазных замыканий на землю...

Рис. 1. Двухчастотная схема замещения радиальной сети 6–10 кВ для анализа переходных процессов при ОЗЗ.

Переходный ток ОЗЗ в месте повреждения для сети с изолированной нейтралью пропорционален производной напряжения

Расчет несимметричных трехфазных цепей | Статья в журнале...

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения, а также понижением уровня напряжения в электрической сети.

Режимы работы и замыкания в электроустановках

Напряжение между поврежденными фазами равно нулю, а фазные напряжения равны

(Этот вид короткого замыкания справедлив только для сетей с заземленной нейтралью, также как и двухфазное короткое замыкание на землю.)

Методы измерения наведенного напряжения в сетях 0,38/10 кВ...

наведенное напряжение, измерение, различная схема заземления, рабочий ток, линия, рабочее место, метод измерения, индуктивное влияние, заземление, воздушная линия.

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод...

– увеличиваются потери в сети и в электроприемниках, например, в двигателях

– снижается эффективность устройств компенсации емкостных токов замыкания на землю, так как большие остаточные

– объединение вентильных преобразователей в группы по схеме умножения фаз

Определение наведенных напряжений в сетях 0,38–10 кВ

Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, наведенное напряжение, действующая линия, схема замещения.

Чем выше ток нагрузки на влияющей линии, тем выше электромагнитная составляющая.

Исследование влияния компактных люминесцентных ламп на...

Проведено сравнение спектрального состава тока электрической сети до и после установки в неё энергосберегающей лампы.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Рис. 2. Напряжение в фазах электрической сети, при симметричной активной нагрузке.

Задать вопрос