Трехфазные сети с резонансно-заземленными нейтралями

Для компенсации емкостного тока на землю I_C в нейтраль генераторов или трансформаторов включают дугогасящие реакторы (ДГР), индуктивное сопротивление которых соответствует емкостному сопротивлению сети: ωL = 1/ЗωС. При замыкании фазы на землю в месте повреждения протекают токи I_L и I_C, сдвинутые на 180° друг относительно друга (рис. 1.17), следовательно, результирующий ток (I_L - Ic) будет недостаточен для поддержания дуги, и она не возникнет. Изоляция не будет подвергаться опасным перенапряжениям, приводящим к КЗ и отключению линий.

Настроить ДГР можно в резонанс (когда I_L= I_C), в режим недокомпенсации (когда I_L< I_C) и в режим перекомпенсации (когда I_L> I_C). Желательна настройка в резонанс.

В процессе эксплуатации сети часть линий может быть отключена, тогда емкость сети уменьшается, и первоначальная настройка ДГР нарушается. Чтобы сохранить настройку, необходимо регулировать индуктивное сопротивление ДГР.

Замыкание на землю в трехфазной сети с резонансно-заземленной нейтралью

а) замыкание на землю фазы C; б) векторная диаграмма (упрощенная) для поврежденной фазы С

Рис.1.17.

Конструктивно ДГР (Рис. 1.18) напоминает трансформатор: в бак, заполненный маслом, помещается магнитная система с обмоткой. Регулирование индуктивного сопротивления осуществляется:

изменением числа витков обмотки, тип РЗДСОМ — реактор заземляющий, дугогасящий, со ступенчатым регулированием, однофазный, масляный (после отключения от сети) (Рис. 1.18, а);

изменением магнитного сопротивления путем изменения ве личины воздушных зазоров в магнитопроводе (реактор плунжерного типа);

применением подмагничивания магнитопровода постоянным током, тип РЗДПОМ — реактор заземляющий, дугогасящий, с плавным регулированием, однофазный, масляный. (Рис. 1.18, б)

Устройство дугогасящих катушек (заземляющих реакторов)

а — типа РЗДСОМ; б — типа РЗДПОМ.

Рис. 1.18.

Дугогасящие катушки должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения катушки располагают обычно вблизи генераторов. Наиболее характерные способы присоединения дугогасящих катушек показаны на рис. 1-19.

Размещение дугогасящих катушек в сети

Рис. 1-19.

Анализ работы этих устройств показал, что их использование не дает значительного эффекта. Это связано с тем, что существующие электрические сети имеют сложную структуру и снабжены автоматикой, поэтому трудно обеспечивать заданную настройку, близкую к резонансной с 5%-й перекомпенсацией. Кроме того, предварительно настроенные ДГР могут привести к возникновению перенапряжений:

а) при кратковременных несимметриях в нормальных режимах работы электрической сети;

б) при замыканиях на землю (из-за резонансных явлений в сети).

Альтернативными устройствами существующим типам ДГР являются управляемые дугогасящие реакторы. В настоящее время на Раменском электротехническом заводе "Энергия" серийно выпускаются дугогасящие реакторы серии РОУМ, управляемые подмагничиванием с помощью встроенных в бак реактора тиристоров(Рис.1.20)

Автоматически регулируемый дугогасящий реактор РУОМ

Рис.1.20

Управление реактором осуществляется системой автоматической настройки САНК, которая определяет ожидаемую величину емкостного тока замыкания на землю и вырабатывает командный сигнал, поступающий в полупроводниковый преобразователь РУОМ. Процесс настройки полностью автоматический, и при возникновении замыканий на землю реактор переключается в режим компенсации без участия эксплуатирующего персонала.

Реактор подключается к трехфазной сети через трансформатор собственных нужд, имеющий выведенную нейтраль, или через специальный заземляющий трехфазный реактор (трансформатор без вторичной обмотки) со схемой соединения обмоток в зигзаг (фильтр заземляющий нулевой последовательности типа ФМЗО), к нейтрали которого присоединен ограничитель перенапряжения ОПН.

Реакторы данного типа обладают двумя важными особенностями:

1. Встроенный в бак реактора преобразователь с тиристорами самоподмагничивания и нелинейными элементами выполняет функцию своеобразного ограничителя перенапряжения, что резко снижает число однофазных замыканий на землю;

2. Реализованный в РУОМ принцип самоподмагничивания обеспечивает два различных режима работы до и после возникновения однофазного замыкания на землю.

В нормальных режимах сети реактор РУОМ ненасыщен (нет подмагничивания реактора), его индуктивное сопротивление существенно выше требуемого в режиме компенсации, что исключает возможность резонансных перенапряжений в нейтрали.

При возникновении замыкания на землю система управления РУОМ обеспечивает уровень самоподмагничивания реактора, соответствующий его точной настройке в резонанс с емкостной проводимостью сети, что приводит к полной компенсации тока замыкания на землю.

Выбор дугогасящих реакторов производится в следующем порядке:

1) определяют суммарную мощность реакторов из условия пол ной компенсации:

(1.22)

где n — коэффициент, учитывающий развитие сети; можно принять n = 1,25; I_с — полный ток замыкания на землю, А; U_ф — фазное напряжение сети, кВ;

2) определяют число реакторов. Если I_С> 50А, то для надежности применяют не менее двух реакторов;

3) выбирают место подключения реакторов. Рекомендуется устанавливать реакторы на узловых подстанциях. В сетях генераторного напряжения ДГР устанавливают, как правило, на станциях;

4) выбирают мощности трансформаторов для подсоединения ДГР.

Номинальная мощность трансформатора должна быть не менее расчетной мощности реактора S_Т > Q_ДГР. Если используется трансформатор собственных нужд станции или подстанции, то надо учесть максимальную мощность нагрузки S_max и допустимость перегрузки трансформатора на время работы сети с заземленной фазой:

(1.23)

Для присоединения ДГР рекомендуется использовать транс форматоры, обмотки которых соединены по схеме звезда — треугольник, так как при схеме звезда — звезда индуктивное сопротивление трансформаторов при однофазных замыканиях на землю в 10 раз больше, чем при междуфазных, что затрудняет на стройку ДГР.

Достоинство компенсированных сетей состоит в том, что перенапряжения, возникающие при дуговых замыканиях на землю, ограничиваются до 2,6U_ф (в сетях с изолированной нейтралью — до 3,2U_ф). Работа в режиме заземленной фазы ограничивается так же, как в сетях с изолированной нейтралью.