X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

АННОТАЦИЯ

В режимах нарушения в сети 35 кВ возможно возникновение опасного для жизни человека и животных шагового напряжения и появление опасных напряжений прикосновения (в случае не отключения повреждённой линии). Если под линиями располагаются постройки, то возникает опасность возникновения пожара или поражения электрическим током людей в случае обрыва фазного провода.

Еще одной важной причиной, по которой необходимо отслеживать переходные процессы в ЛЭП является их возможное негативное воздействие на оборудование сокращающее срок службы и приводящее к возникновению аварийных ситуаций.

Актуальность темы исследования режимов работы линий электропередач в различных режимах работы, обусловлена следующими проблемами:

1) обеспечения электробезопасности сети 35 кВ с воздушными ЛЭП, линиями находящиеся рядом с населенными пунктами;

2) трудностью выполнения автоматического селективного отключения повреждённой линии.

В связи с этим остается актуальной задача исследования переходных процессов возникающих на участках ЛЭП, и анализ возможности применения различных способов для обеспечения безопасности их функционирования.

ABSTRACT

In modes of violation in the 35 kV network, it is possible to create a step-voltage dangerous for human and animal life and the occurrence of dangerous contact voltages (in case of not switching off the damaged line). If there are buildings under the lines, there is a danger of a fire or electric shock to people in the event of a break in the phase wire.

Another important reason why it is necessary to monitor transients in power lines is their possible negative impact on equipment that shortens the service life and leads to emergencies.

The relevance of the topic of research of operating modes of power lines in various operating modes is caused by the following problems:

1) providing electrical safety of 35 kV network with air power lines, lines located near settlements;

2) difficulty in performing automatic selective disconnection of the damaged line.

In this connection, the problem of studying the transient processes occurring on the sections of the power line and the analysis of the possibility of using various methods to ensure the safety of their functioning remains urgent.

Ключевые слова: электробезопасности, токи прямой и нулевой последовательностей, режим нейтрали, переходные процессы.

Keywords: electrical safety, direct and zero sequence currents, neutral mode, transitional processes.

Линии 35 кВ довольно часто встречаются на окраине населенных пунктов: гаражи, дачи, различные построения. Опоры для таких линий имеют металлическую или железобетонную конструкции. Согласно ПТЭЭП [1 c. 568] линия 35 кВ в аварийном режиме может продолжать оставаться работоспособной в течение двух часов, что в свою очередь, повышает опасность электропоражения для населения. Отсюда возникает необходимость применения автоматического отключения линию при возникновении замыканий на землю в целях обеспечения электробезопасности. Это противоречит условиям сохранения электроснабжения потребителя во избежание экономических потерь.

В случае неотключения линии возникают следующие проблемы:

1. Вследствие малой величины действия тока однофазного замыкания горение дуги носит неустойчивый характер, существует возможность её самоликвидации. Но в случае возникновения повторного зажигания дуги возникают дуговые перенапряжения, способные вызвать перекрытие изоляции, что может повлечь за собой возникновение двухфазного замыкания. При обрыве провода на землю или опору возникает опасность попадания человека в область действия шагового напряжения и напряжения прикосновения.

2. Проблема быстрого селективного отключения повреждённой линии. В случае ОЗЗ напряжения на неповреждённых фазах возрастают до линейных значений, то есть в раз. Зачастую контактное сопротивление в точке замыкания составляет большую величину, следовательно, напряжение на повреждённой фазе не падает до нуля, что затрудняет поиск повреждённого элемента.

3. Проблема создания величины тока, достаточной для селективного отключения повреждённой линии. Как сообщалось в пункте 2, величина тока замыкания составляет единицы или даже доли Ампера (в зависимости от емкости линии), что затрудняет выявление повреждённого элемента вследствие того, что величина емкостного тока, текущего по неповреждённым фазам, отличается незначительно от величины тока замыкания.

Одной из причин низкой величины тока замыкания является высокое удельное сопротивление грунта, которое может достигать несколько кОм. Однако увеличение сопротивления заземления в точке замыкания приводит к значительному повышению напряжения в этой точке, т.е. к увеличению опасности поражения током. Поэтому требуется создание заземляющих устройств с низким сопротивлением заземления.

Обеспечение селективной защиты можно осуществить с помощью подключения в нейтраль дополнительного заземляющего устройства – дугогасящего реактора, конденсатора или высокоомного резистора. Но повышение величины тока ОЗЗ с помощью устройств, заземляющих нейтраль питающего трансформатора, несет собой негативный характер с точки зрения электробезопасности.

Для обеспечения разработки моделей осуществляющих селективность отключения линии при возникновении ОЗЗ, необходимо выполнить подготовительные расчеты, для следующих случаев:.

1) режим эффективно заземленнойнейтрали;

2) режим заземления нейтраличерез дугогасящий реактора (ДГР);

3) режим заземления нейтрали через высокоомный резистор;

4) режим заземления нейтрали через конденсатор.

Так как включаем устройство в цепь заземления нейтрали, то происходит изменение сопротивления контура нулевой последовательности, т.е. надо добавить в сопротивление нейтрали сопротивление устройства, согласно [2 c.288].

Предполагаем, что селективность защиты может быть обеспечена, если мы изменим режим, таким образом, т.е. заземлим нейтраль через какое-то устройство так, чтобы через поврежденную фазу ток шел в точку замыкания и возвращался через заземление нейтрали. Величина этого тока, предположим, 2 А. При этом учитываем, что принципиально режим нейтрали должен измениться так, чтобы не было значительного увеличения тока ОЗЗ, согласно [3 c.208], и не надо было для безопасных линий (не представляющих опасности для населения) менять режим.

Значит, при небольшой величине тока ОЗЗ напряжение в нейтрали в режиме ОЗЗ будет практически равно минус ЭДС, т.е.

где - линейное напряжение обмотки среднего напряжения.

Тогда сопротивление устройства заземления должно быть для резистора:

Индуктивность ДГР будет равна:

где f – частота тока (50 Гц).

Емкость конденсатора будет примерно равна:

После проведения всех расчетов, построим модель с использованием программного комплекса MatLab.

Рисунок 1 «Схема замещения с сопротивлениями линий по «нулевой последовательности»

В схеме (рисунок 1) показаны различные варианты режима нейтрали обмотки 35 кВ:

- режим изолированной нейтрали (ключи К1 и К2 в разомкнутом состоянии);

- режим эффективного заземления нейтрали (К1 - замкнут, К2 - разомкнут);

- режим заземления нейтрали через заземляющее устройство – реактор, высокоомный резистор или конденсатор (К2 - замкнут, К1- разомкнут).

В соответствии с данной схемой строим необходимые модели:

Рисунок 2 «Режим эффективно заземленной нейтрали»

Рисунок 3 «Режим заземления нейтрали через конденсатор»

Рисунок 4 «Режим заземления нейтрали через высокоомный резистор»

Рисунок 5 «Режим заземления нейтрали через дугогасящий реактора (ДГР)»

Таким образом, получаем четыре модели для оценки переходных процессов.

Результаты моделирования представлены на рисунке 5 использование дугогасящего реактора и высокоомного резистора дало схожие результаты поэтому приведен лишь один рисунок

Рисунок 6 «Результат моделирования при использовании режим эффективно заземленной нейтрали»

Рисунок 7 «Результат моделирования при использовании режима заземления нейтрали через конденсатор»

Рисунок 8 «Результат моделирования при использовании режима заземления нейтрали через дугогасящий реактор»

Анализ результатов:

Применение эффективного заземления нейтрали: 35 кВ на рассматриваемых участках сопровождается значительным увеличением тока короткого замыкания. При этом отмечена зависимость величины этого тока от сопротивления заземления в точке замыкания (менее 1 кА). При относительно низкой величине сопротивления заземления в точке замыкания отмечается зависимость величины тока замыкания от удаления точки замыкания от питающей подстанции ПС-53.

Поэтому настройка эффективной защиты на отключение короткого замыкания может иметь некоторые трудности – зависимость от удаления точки повреждения и от сопротивления в точке замыкания, согласно.

Короткие замыкания одной из фаз в режиме эффективно заземленной нейтрали могут сопровождаться опасными напряжениями и опасностью электропоражения при возможных задержках срабатывания защиты. Кроме того, в этом режиме исключаются преимущества режима изолированной нейтрали, т.е. возможность самоликвидации однофазных замыканий.

Режим заземления нейтрали через реактор: имеет преимущество – снижение тока ОЗЗ, что способствует самоликвидации ОЗЗ. Однако при этом эффективная защита линии М-1/2 не обеспечивается по величине регистрируемого тока нулевой последовательности. При недокомпенсации емкостного тока ОЗЗ регистрируемый ток нулевой последовательности также имеет емкостной характер, т.е. защита типа не эффективна.

В заземления нейтрали через конденсатор: ток, регистрируемый защитой линий при замыкании на ней, увеличивается, при этом изменится характер зарегистрированного тока – он станет индуктивным относительно напряжения нейтрали (напряжения нулевой последовательности). Т.е. имеется возможность применения защиты. Однако этот положительный эффект сопровождается увеличением тока ОЗЗ, что ухудшает условия самоликвидации однофазных замыканий.

В режиме заземления нейтрали через высокоомный резистор: величина тока ОЗЗ при сопротивлении заземления от 1 до 1000 Ом в точке замыкания меняется в малых пределах. В этом режиме заземления нейтрали ток, регистрируемый защитой линий при замыкании на ней, составляет доли амперат.е. может быть недостаточен для чувствительности защиты. При этом может меняться характер зарегистрированного тока. В этом варианте заземления нейтрали применение защиты представляет трудность.

В режимах заземления нейтрали через реактор, конденсатор или высокоомный резистор напряжение в точке замыкания практически не зависит от места замыкания. При этом напряжение может достигать 10 кВ при сопротивлении заземления в точке замыкания 1000 Ом (очень опасно при высоком сопротивлении заземления). При сопротивлении заземления 100 Ом напряжение достигает 1000 В.

Список литературы:

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию./ Под общ. Ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986, Т.1, 568 с.

2. Справочник по проектированию электроэнергетических систем./ Под. Ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. Изд.2-е, М., «Энергия», 1977. 288 с.

3. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике. Ленинград: Энергоатомиздат, 1990, 208 с.

Код для цитирования: Скопировать