So berechnen Sie den Wert kapazitiver Ströme. Kompensation kapazitiver Erdschlussströme

Erläuterungen.

Entschädigung kapazitive Ströme Erdschlüsse in 6-35-kV-Netzen.

Einführung. Die häufigste Schadensart (bis zu 95 %) in Netzen mit 6, 10, 35 kV sind einphasige Erdschlüsse (SFG), begleitet von kapazitivem Stromfluss durch den Fehler und Überspannungen hoher Multiplizität an Netzelementen ( Motoren, Transformatoren) in Form von Hochfrequenz Übergangsprozess. Solche Auswirkungen auf das Netz führen bestenfalls zum Auslösen von Erdungsschutzeinrichtungen. Das Auffinden einer beschädigten Verbindung scheint eine arbeitsintensive und zeitaufwändige organisatorische Aufgabe zu sein – das sequentielle Trennen von Verbindungen verzögert sich um lange Zeit und geht mit einer Reihe von Betriebsumschaltungen zur Reservierung von Verbrauchern einher. Und in der Regel beginnen die meisten Phasenfehler mit einem OZZ. Entwicklung einphasige Fehler zum Boden geht mit einer Erwärmung der Fehlerstelle, Dissipation, einher große Menge Energie an der Stelle des OZZ und endet mit der Abschaltung des Verbrauchers durch den Schutz des MTZ beim Übergang des OZZ zu Kurzschluss. Die Situation kann durch die Verwendung einer resonanten Erdung des Neutralleiters geändert werden.

Fehlerströme. Im Falle eines Kurzschlussfehlers fließt es über die Schadensstelle zur Erde. kapazitiver Strom, aufgrund der Anwesenheit elektrische Kapazität zwischen Netzphasen und Erde. Die Kapazität konzentriert sich hauptsächlich auf Kabelleitungen, deren Länge den gesamten kapazitiven Strom des OZZ bestimmt (ca. 1 km Kabel pro 1 A kapazitiver Strom).

Arten von OZZ. Alle OZZ sind in Blind (Metall) und Lichtbogen unterteilt. Am häufigsten (95 % aller OZZ) und am häufigsten gefährlich aussehend OZZ sind Bogen-OZZ. Lassen Sie uns jeden OZZ-Typ separat beschreiben.

1) Aus Sicht der Überspannungsniveaus an Netzelementen sind Erdschlüsse aus Metall am sichersten (z. B. ein auf den Boden fallender Freileitungsdraht). In diesem Fall fließt ein kapazitiver Strom durch die Durchschlagsstelle, der aufgrund der Besonderheit dieser Art von Kurzschluss nicht mit großen Überspannungen einhergeht.

2) Ein Merkmal von Lichtbogen-SZZs ist das Vorhandensein eines Lichtbogens am SZZ-Standort, der die Quelle hochfrequenter Schwingungen ist, die jeden SZZ begleiten.

Methoden zur Unterdrückung von Kurzschlussströmen. Es gibt zwei Möglichkeiten, SF-Ströme zu unterdrücken.

1) Trennen einer beschädigten Verbindung – diese Methode konzentriert sich auf die manuelle oder automatische (unter Verwendung von Relaisschutz- und Automatisierungsgeräten) Trennung. In diesem Fall wird der Verbraucher je nach Kategorie auf Ersatzstrom umgestellt oder bleibt ohne Strom. An der beschädigten Phase liegt keine Spannung an – es fließt kein Strom durch die Bruchstelle.

2) Kompensation des kapazitiven Stroms am Abschaltpunkt durch eine im Netzneutralleiter installierte Drossel mit induktiven Eigenschaften.

Das Wesen der Kompensation kapazitiver Ströme von OZZ. Wie bereits erwähnt, fließt bei einem Erdschluss (Durchschlag) einer Phase ein kapazitiver Strom durch die SFZ. Dieser Strom ist bei näherer Betrachtung auf die Kapazitäten der beiden verbleibenden (intakten) Phasen zurückzuführen, die auf Netzspannung aufgeladen sind. Die um 60 elektrische Grad gegeneinander verschobenen Ströme dieser Phasen summieren sich am Schadensort und haben den dreifachen Wert des kapazitiven Phasenstroms. Daraus wird die Größe des Fehlerstroms durch die Fehlerstelle bestimmt: . Dieser kapazitive Strom kann durch den induktiven Strom einer im Netznullpunkt installierten Lichtbogenunterdrückungsdrossel (ARR) kompensiert werden. Bei einem OZZ im Netz entsteht am Neutralleiter eines daran angeschlossenen Transformators, dessen Wicklungen in einem Stern geschaltet sind, eine Phasenspannung, die, wenn ein Neutralleiteranschluss mit der Hochspannungswicklung des Reaktors L verbunden ist, vorhanden ist leitet den induktiven Strom des Reaktors durch die Durchschlagsstelle ein. Dieser Strom ist dem kapazitiven Strom des OZZ entgegengerichtet und kann diesen bei entsprechender Einstellung des Reaktors kompensieren (Abb. 1)

Reis. 1 Wege zum Durchgang von Kurzschlussströmen durch Netzelemente

Die Notwendigkeit einer automatischen Abstimmung auf Resonanz. Um den maximalen Wirkungsgrad des DGR zu erreichen, muss der aus der Kapazität des gesamten Netzwerks und der Induktivität des Reaktors gebildete Schaltkreis – der Netzwerk-Nullsystemkreis (NPC) – auf Resonanz bei einer Netzwerkfrequenz von 50 Hz abgestimmt werden. Unter Bedingungen ständiger Umschaltung im Netz (Ein-/Ausschalten von Verbrauchern) ändert sich die Netzkapazität, was dazu führt, dass stufenlos einstellbare DGRs eingesetzt werden müssen automatisches System Kompensation kapazitiver Ströme OZZ (ASKET). Übrigens werden derzeit verwendete Stufenreaktoren wie ZROM und andere manuell auf der Grundlage berechneter Daten zu den kapazitiven Strömen des Netzwerks eingestellt und bieten daher keine Resonanzabstimmung.

Funktionsprinzip von ASKET. Die Abstimmung des KNPS auf Resonanz erfolgt durch eine automatische Kompensationseinstellvorrichtung vom Typ UARK.101M, die nach dem Phasenprinzip arbeitet. Dem UARK.101M-Eingang werden das Referenzsignal (lineare Spannung) und das 3Uo-Signal vom Messwandler (z. B. NTMI) zugeführt. Für korrekte und stabiler Betrieb ASKET muss eine künstliche Asymmetrie im Netzwerk erzeugen, was durch eine neutrale Erregerquelle (NVS) erreicht wird – entweder durch den Anschluss einer Hochspannungskondensatorbank an eine der Phasen des Netzwerks oder durch die Installation eines speziellen asymmetrischen Transformators TMPS-Typ mit integriertem IVS (mit der Möglichkeit, das Transformationsverhältnis mit einer Diskretion von 1,25 % zu regulieren) Phasenspannung). Im letzteren Fall bleiben der Spannungswert 3Uo im Resonanzmodus und die Stabilität des ASKET-Betriebs konstant, wenn sich die Netzwerkkonfiguration ändert (siehe Formeln unten). Ein DGR (z. B. Typ RDMR) wird im Neutralleiter desselben Transformators installiert. Somit wird ASKET als System TMPS+RDMR+UARK.101M dargestellt.

Zum Verhältnis der Werte natürlicher und künstlicher Asymmetrie. Online mit isoliert neutral die Spannung am offenen Dreieck STMI entspricht unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses Stress der natürlichen Asymmetrie. Die Größe und der Winkel dieser Spannung sind instabil und hängen davon ab Unterschiedliche Faktoren(Wetter,…..etc.), also für ordnungsgemäße Bedienung ASKET muss ein stabileres Signal sowohl in der Größe als auch in der Phase erzeugen. Zu diesem Zweck wird eine neutrale Anregungsquelle ( Quelle künstlicher Asymmetrie). Wenn wir die Terminologie der Theorie verwenden automatische Kontrolle Künstliche Asymmetrie ist ein nützliches Signal zur Steuerung des CNPS, und natürliche Asymmetrie ist eine Störung, die durch Auswahl des Wertes der künstlichen Asymmetrie ausgeschaltet werden muss. In Netzwerken mit Verfügbarkeit Kabelleitungen Bei einem kapazitiven Strom von 10 Ampere oder mehr ist das Ausmaß der natürlichen Asymmetrie normalerweise sehr gering. S.5.11.11. PTEESiS begrenzt die Größe der Ungleichgewichtsspannung (natürlich + künstlich) in Netzen, die mit kapazitiver Stromkompensation betrieben werden, auf einen Wert von 0,75 % der Phasenspannung und den maximalen Grad der Neutralleiterverschiebung auf einen Wert von nicht mehr als 15 % der Phasenspannung. Auf einem offenen STMI-Dreieck entsprechen diese Pegel den Werten 3Uo = 0,75 V und 15 V. Der größtmögliche Grad an neutraler Verschiebung ist im Resonanzmodus möglich (Abb. 2).

Nachfolgend finden Sie die Formeln zur Berechnung der Spannung 3Uo im Resonanzmodus für zwei Methoden zur Erzeugung künstlicher Asymmetrie:

1) bei Verwendung eines Co-Kondensators

,

wo ist die Kreisfrequenz des Netzwerks, 314,16 s-1,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image006_44.gif" width="24" height="23 src="> - Phasen-EMF, V,

http://pandia.ru/text/79/550/images/image008_37.gif" width="29" height="27">- Übersetzungsverhältnis für 3Uo eines Instrumententransformators in einem 6-kV-Netzwerk - 60/, in einem 10-kV-Netzwerk - 100/http://pandia.ru/text/79/550/images/image010_32.gif" width="97" height="51">,

wobei Kcm der umschaltbare Phasenverschiebungskoeffizient B eines speziellen Transformators ist.

Aus den Formeln geht hervor, dass bei Verwendung eines Kondensators Co der Wert von 3Uo am Resonanzpunkt vom kapazitiven Strom des Netzwerks () abhängt und bei Verwendung eines speziellen asymmetrischen Transformators nicht davon abhängt.

Abhängig von der Bedingung wird der Mindestwert 3Uo gewählt zuverlässiger Betrieb Gerät UARK.101M und ist 5V.

Die obigen Formeln berücksichtigen den Spannungswert der natürlichen Asymmetrie des Netzwerks aufgrund seiner kleinen Werte nicht..jpg" width="312" height="431">

Reis. 3 Spannungsvektoren in einem resonant geerdeten Netzwerk

Schlussfolgerungen:

Präzise automatische Kompensation des kapazitiven Stroms OZZ ist ein berührungsloses Mittel zur Lichtbogenlöschung und im Vergleich zu Netzen, die mit einem isolierten Neutralleiter arbeiten, ohmsch geerdet, teilweise kompensiert und auch mit einer Kombination geerdeter Neutralleiter hat folgende Vorteile:

Reduziert den Strom durch die Fehlerstelle auf Mindestwerte (begrenzt auf aktive Komponenten und höhere Harmonische), gewährleistet eine zuverlässige Lichtbogenlöschung (verhindert eine längere Einwirkung eines Erdungslichtbogens) und Sicherheit bei der Ausbreitung von Strömen im Boden;

vereinfacht die Anforderungen an Erdungsgeräte;

begrenzt Überspannungen, die durch Lichtbogenfehler entstehen, auf Werte von 2,5–2,6 Uph (bei einem Grad der Kompensationsverstimmung von 0–5 %), sicher für die Isolierung von Betriebsmitteln und Leitungen;

Reduziert die Spannungswiederherstellungsrate in der beschädigten Phase erheblich und trägt zur Wiederherstellung der dielektrischen Eigenschaften der Fehlerstelle im Netzwerk nach jedem Erlöschen des intermittierenden Erdungslichtbogens bei.

verhindert Blindleistungsstöße in Stromversorgungen bei Lichtbogenfehlern und sorgt so für die Aufrechterhaltung der Stromqualität für Verbraucher;

verhindert die Entwicklung ferroresonanter Prozesse im Netz (insbesondere spontane Verschiebungen des Neutralleiters), wenn Beschränkungen für die Verwendung von Sicherungen auf Stromleitungen eingehalten werden;

beseitigt Einschränkungen der statischen Stabilität bei der Energieübertragung über Stromleitungen.

Bei der Kompensation kapazitiver Ströme können Frei- und Kabelnetze lange Zeit mit einer gegen Erde kurzgeschlossenen Phase betrieben werden.

Literatur:

1. Likhachev zur Erde in Netzen mit isoliertem Neutralleiter und mit Kompensation kapazitiver Ströme. M.: Energie, 1971. – 152 S.

2. Adaptive Obabkov-Steuerungssysteme für resonante Objekte. Kiew: Naukova Dumka, 1993. – 254 S.

3. Fishman V. Methoden der neutralen Erdung in 6-35-kV-Netzen. Sicht des Designers. Electrical Engineering News, Nr. 2, 2008

4. Regeln technischer Betrieb Kraftwerke und Netzwerke Russische Föderation. Ausgabe RD 34.20.501. Moskau, 1996.

Chefingenieur

Reis. 2 Beispiele für Resonanzeigenschaften von CNPS

Reis. 4 Reaktion eines resonanzgeerdeten Netzes auf einen Lichtbogendurchschlag

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Phase-Erde-Fehler in Netzen, die mit isoliertem Neutralleiter und kapazitiver Stromkompensation betrieben werden
In drei Phasen elektrisches Netzwerk Beim Betrieb mit isoliertem Neutralleiter wird ein Phase-Erde-Fehler anhand der Messwerte von Isolationsüberwachungsvoltmetern erkannt. Voltmeter werden an die Hauptklemmen angeschlossen Sekundärwicklung dreiphasiger Spannungstransformator mit drei Wicklungen der NTMI-Serie, bei dem jede Phase über einen separaten gepanzerten Magnetkreis verfügt, der für eine langfristige Erhöhung der Induktion ausgelegt ist. Im Falle eines metallischen Leiter-Erde-Fehlers (Abb. 10.1, A) Die Spannungswandlerwicklung der beschädigten Phase des Netzwerks wird kurzgeschlossen und der Voltmeterwert sinkt auf Null. Die anderen beiden Phasen stehen unter Netzspannung. Die Induktion in den Magnetkreisen dieser Phasen erhöht sich um das √3-fache und Voltmeter zeigen lineare Spannungen an.
Am Punkt des Phasenfehlers zur Erde fließt ein Strom, der der geometrischen Summe der kapazitiven Ströme der unbeschädigten Phasen entspricht:

Wo ICH c - Erdschlussstrom, A;
MIT- Netzwerkkapazität, F;
w=2pf – Kreisfrequenz, s-1.
Je länger das Netzwerk ist, desto größer ist seine Kapazität und desto mehr aktueller Grundfehler.
Ein Phasen-Erde-Fehler verändert nicht die Symmetrie der Netzspannungen und unterbricht nicht die Stromversorgung der Verbraucher. Die Gefahr eines Leiter-Erde-Fehlers besteht jedoch darin, dass an der Fehlerstelle meist ein intermittierender Erdlichtbogen entsteht, langes Brennen was bei einem großen kapazitiven Strom zu einem thermischen Effekt und einer erheblichen Ionisierung des umgebenden Raums führt, wodurch entsteht Bevorzugte Umstände für das Auftreten von Phase-Phase-Kurzschlüssen. Der intermittierende Charakter des Erdungslichtbogens führt zu gefährlichen Überspannungen (bis zu 3,2). U F), die sich im gesamten Netzwerk ausbreitet. Sollte sich in diesem Fall herausstellen, dass die Isolierung in bestimmten Abschnitten des Netzes beeinträchtigt ist (z. B. aufgrund von Verschmutzung und Feuchtigkeit), können Lichtbogenüberspannungen zu Phasenüberschlägen und Notabschaltungen von Geräten führen. Aber auch ohne Lichtbogenüberspannungen kann bereits ein Anstieg auf die lineare Spannung zweier Phasen zum Ausfall einer defekten Isolierung führen.
Zweck von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln. Die betriebliche Aufgabe besteht darin, den Erdschlussstrom zu reduzieren und so für ein schnelles Erlöschen des Erdungslichtbogens zu sorgen. Hierzu ist es erforderlich, dass die kapazitiven Erdschlussströme folgende Werte nicht überschreiten:

Diese Ströme entsprechen den Anforderungen des PTE. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass es für eine sichere Selbstlöschung des Lichtbogens in 6- und 10-kV-Netzen ratsam ist, die kapazitiven Ströme auf 20 bzw. 15 A zu reduzieren. Bei Überschreitung der angegebenen Stromwerte wird in der Neutralwicklung des Transformators eine Lichtbogenlöschdrossel zugeschaltet (Abb. 10.1, B), Reduzierung (Kompensation) des kapazitiven Stroms durch die Fehlerstelle auf minimale Werte.
Induktiver Strom der Lichtbogenunterdrückungsdrossel ICH R entsteht durch den Einfluss der neutralen Vorspannung darauf U 0 =- U.A. erscheint auf dem Neutralleiter, wenn eine Phase mit Erde kurzgeschlossen ist. Der Strom ist:

Wo LP Und LT - Induktivität der Lichtbogenunterdrückungsdrossel bzw. des Transformators, H;
U F- Phasenspannung.
Mit der kapazitiven Stromkompensation können Freileitungs- und Kabelnetze einige Zeit lang mit einem Leiter-Erde-Fehler betrieben werden.

Reis. 10.1. Phase-Erde-Fehler in einem Netzwerk mit isoliertem Neutralleiter (A) und mit kapazitiver Stromkompensation (B) :
1 - Transformator, der das Netzwerk speist; 2 - Messspannungswandler;
3 - Lichtbogenunterdrückungsreaktor; ZU V - Spannungsrelais

Auswahl der Einstellungen für Lichtbogenunterdrückungsdrosseln. Bei IP =IC=0, der kapazitive Anteil des Stromes an der Erdschlussstelle wird durch den induktiven Strom der Drossel vollständig kompensiert – es entsteht Stromresonanz. Lichtbogenlöschdrosseln sind in der Regel resonant eingestellt, was das Löschen des Lichtbogens erleichtert. Eine Abweichung von der Resonanzabstimmung wird als Kompensationsverstimmung bezeichnet. In der Praxis sind Einstellungen mit Überkompensation zulässig ( IP >IC), wenn der Blindanteil des Erdschlussstroms nicht mehr als 5 A beträgt und der Grad der Verstimmung 5 % nicht überschreitet. Unterkompensationseinstellung ( IP <IC) kann in Kabel- und Freileitungsnetzen verwendet werden, wenn eventuelle Notasymmetrien der Phasenkapazitäten nicht zum Auftreten einer neutralen Vorspannung von mehr als 0,7 führen U F .
Der Erdschlussstrom wird durch Kompensationsverstimmung, aktive Isolationslecks und unkompensierte Ströme höherer Harmonischer bestimmt. Bei der Resonanzabstimmung ist der Stromkreis minimal und erfahrungsgemäß kommt es nicht zu Überspannungen im Netzwerk 2,7 U F .
Beim Betrieb von Freileitungsnetzen weichen sie häufig von der Resonanzabstimmung ab, um Verzerrungen der Phasenspannungen an Umspannwerksbussen zu vermeiden, die vom Personal fälschlicherweise mit unvollständigen Erdschlüssen verwechselt werden. Tatsache ist, dass in jedem 6-35-kV-Freileitungsnetz immer eine Asymmetrie der Phasenkapazitäten gegenüber der Erde besteht, die von der Lage der Drähte auf den Stützen und der Phasenverteilung der Koppelkondensatoren abhängt. Dies führt dazu, dass am Neutralleiter eine gewisse Unsymmetriespannung auftritt U NS. Grad der Asymmetrie ( u0= U NS / U F ) × 100 überschreitet normalerweise 1,5 % nicht. Bei 10-kV-Netzen beträgt sie beispielsweise etwa 100 V und hat im Normalbetrieb des Netzes praktisch keinen Einfluss auf die Messwerte von Voltmetern, die Phasenspannungen messen.
Der Einbau einer Lichtbogenunterdrückungsdrossel in den Neutralleiter verändert die Potentiale des Neutralleiters und der Netzwerkkabel erheblich. Am Neutralleiter erscheint eine neutrale Vorspannung U 0 , verursacht durch das Vorhandensein einer Asymmetrie im Netzwerk. Diese Spannung wird an die Anschlüsse der Lichtbogenunterdrückungsdrossel angelegt. Bei resonanter Abstimmung kann die neutrale Vorspannung Werte erreichen, die mit der Phasenspannung vergleichbar sind. Dies führt zu einer Verzerrung der Phasenspannungen und sogar zum Auftreten eines „Masse im Netzwerk“-Signals, obwohl zu diesem Zeitpunkt kein Erdschluss vorliegt. Durch Verstimmen der Lichtbogenunterdrückungsdrossel ist es möglich, sich vom Resonanzpunkt zu entfernen (der Schwingkreis wird durch die Induktivität der Drossel und die Gesamtkapazität der Netzwerkphasen gebildet), die neutrale Vorspannung zu reduzieren und die Voltmeterwerte anzugleichen. Liegt kein Erdschluss im Netz vor, darf der Neutralleiter-Offset nicht mehr als 0,15 betragen U F. Aus Sicht der Lichtbogenlöschung ist jedoch immer noch die Resonanzeinstellung die optimale Einstellung. Jede Kompensationsverstimmung führt im Netzbetriebszustand mit Erdschluss zu einer Erhöhung des am Fehlerort fließenden Stroms und ist daher nicht zu empfehlen. Bei einer großen neutralen Verschiebung sollten Maßnahmen ergriffen werden, um die Asymmetrie der Kondensatoren im Netzwerk zu verringern. In Kabelnetzen wird ausschließlich Resonanzabstimmung verwendet, da die Kabelphasenkapazitäten symmetrisch sind und dort praktisch keine Unsymmetriespannung auftritt.
Wartung von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln. Der Strom von Lichtbogenunterdrückungsreaktoren verschiedener Typen wird durch manuelles Schalten der Zweige mit Trennung des Reaktors vom Netz reguliert, eine sanfte Änderung der Lücke im Magnetsystem wird durch einen Elektromotorantrieb erzeugt, ohne den Reaktor vom Netz zu trennen, und ändert sich Die Induktivität der Drossel durch Gleichstromvorspannung, ohne die Drossel vom Netz zu trennen.
In den letzten beiden Fällen erfolgt die Einstellung durch automatische Kompensationseinstellungen (ANC), die die Stellglieder nur im Normalbetrieb aktivieren, wenn kein Erdschluss im Netz vorliegt.
Ein automatisiertes normalvergütetes Netzwerk muss über Folgendes verfügen:
- Lichtbogenunterdrückungsdrosseln mit manueller Stufenschaltung, die dazu bestimmt sind, kapazitive Ströme hauptsächlich im Basisteil der Regelung zu kompensieren;
- Abstimmung von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln mit einer sanften Änderung des Kompensationsstroms, ohne die Drossel vom Netz zu trennen. Die aktuelle Regulierung sollte vom Disponenten mithilfe von ANC- und Telemechanikgeräten durchgeführt werden.
- Lichtbogenunterdrückungsdrosseln mit automatischen Reglern (Optimierern) des Kompensationsstroms (ANKZ-System), die unmittelbar nach Auftreten eines Erdschlusses in Betrieb gehen und das Netz in einen Resonanzabstimmungsmodus versetzen, um den Lichtbogen an der Schadensstelle zu beseitigen .

Reis. 10.2. Anschlussplan von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln an Netzversorgungstransformatoren (A) und an Hilfstransformatoren (B)
Der Umbau von Lichtbogenunterdrückungsreaktoren durch das Umspannwerkspersonal erfolgt im Auftrag des Dispatchers, der die Einstellung im Zusammenhang mit der bevorstehenden Änderung der Netzkonfiguration auswählt. Dabei orientiert er sich an einer Einstellungsauswahltabelle, die für bestimmte Netzabschnitte auf Basis der Messergebnisse von Erdschlussströmen, kapazitiven Strömen, Kompensationsströmen und Netz-Neutralvorspannungen zusammengestellt wurde.
Wird der Reaktor manuell umgebaut, überprüft das Personal durch Signalgeräte, dass im Netz kein Erdschluss vorliegt und schaltet es mit einem Trennschalter ab. Nach der Installation und Befestigung des angegebenen Abzweigs wird der Reaktor über einen Trennschalter mit dem Netzwerk verbunden. Aus Sicherheitsgründen ist das manuelle Schalten von Zweigen ohne Trennung des Reaktors vom Netz nicht zulässig, da es während des Umstrukturierungsprozesses zu einem Erdschluss und zum Auftreten von Phasenspannung am Reaktor kommen kann.

Reis. 10.3. Erdschluss-Alarmschaltung mit Isolationsfilter (RF)):
1-3 - abgehende Kabelleitungen
Lichtbogenunterdrückungsdrosseln werden in Umspannwerken installiert, die das Netz versorgen, und über Trennschalter mit den Neutralleitern des Transformators verbunden (Abb. 10.2, A). Beim Anschluss eines Transformators nach einer Stern-Dreieck-Schaltung werden die Drosseln an die Neutralleiter der Hilfstransformatoren angeschlossen (Abb. 10.2, B), die am häufigsten als Hilfstransformatoren verwendet werden. Die Leistung des Hilfstransformators wird unter Berücksichtigung der daran angeschlossenen Last und des induktiven Stroms ausgewählt, der den Transformator im Stromkreis-Erde-Fehlermodus zusätzlich belastet.
Um eine Drossel von einem Transformator auf einen anderen zu übertragen, wird sie zunächst mit einem Trennschalter vom Neutralleiter eines Transformators getrennt und dann mit einem Trennschalter mit dem Neutralleiter des anderen Transformators verbunden. Es ist nicht erforderlich, die Neutralleiter von Transformatoren über die Nullschiene zu kombinieren, da bei getrenntem Betrieb von Transformatoren in nicht angeschlossenen Abschnitten des Netzwerks bei einem Erdschluss in einem von ihnen die Spannung am Neutralleiter abnimmt U 0 Dadurch ändern sich die Phasenspannungen an den Umspannwerksbussen beider Abschnitte gleichermaßen, und es wird unmöglich, den Abschnitt zu ermitteln, in dem der Erdschluss aufgetreten ist, ohne den Transformator vom Netz zu trennen.
Signalgeräte und Erdschlusserkennung. Oben wurde ausgeführt, dass Netze mit kapazitiver Stromkompensation auch bei Erdschluss betrieben werden können. Da jedoch ein längerer Spannungsanstieg auf zwei Phasen und der Durchgang kleiner Leitungsströme zur Erde die Unfallwahrscheinlichkeit erhöhen und bei einem Drahtbruch und einem Sturz auf den Boden eine Gefahr für das Leben von Menschen entsteht und Tieren muss der Schaden so schnell wie möglich gefunden und behoben werden. Das Personal erfährt durch den Betrieb von Signalgeräten von einem im Netz aufgetretenen Erdschluss und die mit der Erde verbundene Phase wird durch die Messwerte von Isolationsüberwachungsvoltmetern ermittelt.
Im Meldegerät sind die Isolationsüberwachungsrelais an die Klemmen der zusätzlichen Sekundärwicklung des NTMI-Spannungswandlers angeschlossen, geschaltet nach einem offenen Dreieckskreis. Wenn die Isolierung einer Phase gegen Erde unterbrochen ist, entsteht an den Klemmen dieser Wicklung eine Nullspannung 3 U 0 , Relais KV löst aus und gibt ein Signal (siehe Abb. 10.1).
In Netzen mit kapazitiver Stromkompensation werden Signal- und Steuerkreise für den Betrieb von Lichtbogenunterdrückungsdrosseln entweder an den Drosselstromwandler oder an dessen Signalwicklung angeschlossen.
Lampen zur Überwachung der Kurzschlussfreiheit im Netz, direkt am Trennschalterantrieb installiert, sind ebenfalls an die Signalwicklung der Drossel angeschlossen. Die Lampen werden ohne Sicherungen eingeschaltet, daher muss die Isolierung ihrer Stromkreise ausreichend zuverlässig sein. Alarmschaltkreise verfügen typischerweise über elektromagnetische Verriegelungsschaltkreise, die das Auslösen der Reaktortrennschalter während eines Erdschlusses verhindern.
Anhand der in den Umspannwerken empfangenen Signale ist es nicht möglich, sofort den Stromkreis zu bestimmen, in dem der Erdschluss aufgetreten ist, da alle abgehenden Leitungen über Sammelschienen elektrisch miteinander verbunden sind. Um festzustellen, ob ein Stromkreis einen Erdschluss aufweist, wird die selektive Signalisierung beschädigter Abschnitte verwendet, basierend auf der Verwendung von transienten Fehlerströmen oder Strömen höherer Harmonischer, deren Quelle nichtlineare Stromkreise sind.
Derzeit sind die am häufigsten verwendeten Geräte in Umspannwerken, die Kabelnetze versorgen, Geräte mit Trennfiltern vom Typ RF und USZ (in stationärer Ausführung - USZ 2/2; in tragbarer Ausführung, verwendet in Verbindung mit Stromzangen - USZ-3). . Diese Geräte reagieren auf höhere Harmonische im Strom 3 ICH 0 . Ihre Höhe ist proportional zum kapazitiven Strom des Netzes und in einer beschädigten Leitung immer deutlich höher als in den Nullströmen unbeschädigter Leitungen. Genau das ist ein Zeichen für einen Schaden an der einen oder anderen Leitung.
Das HF-Gerät arbeitet im Frequenzbereich von 50 und 150 Hz. In kompensierten Netzen wird in der Regel der 150-Hz-Bereich genutzt. Um den Pegel höherer Harmonischer in Umspannwerken zu überwachen, werden für jede Leitung Tabellen mit Instrumentenablesungen bei einer Frequenz von 150 Hz erstellt, die im Normallastmodus ohne einphasigen Erdschluss ermittelt wurden. Diese Hinweise müssen systematisch überprüft werden. Bei Feststellung einer beschädigten Verbindung werden die Messwerte des Geräts damit verglichen. Bei großer Unterkompensation oder fehlender Kompensation im Netz schaltet das Gerät auf den 50-Hz-Bereich um.
Stationäre Geräte werden auf Schalttafeln oder in den Fluren von Schaltanlagen installiert und bei Auftreten eines Erdschlusses im Netz über Taster, Schalter oder Trittmelder vom Personal abwechselnd an die jeweils installierten Nullstromwandler (ZCTs) angeschlossen Kabelleitung (Abb. 10.3).
Eine Verbindung gilt als beschädigt, wenn die Instrumentennadel bei der Messung um mehr Teilungen abweicht als bei der Messung an allen anderen Verbindungen.
Mosenergo hat ein Gerät vom Typ KSZT-1 (eine modernisierte Version von KDZS) zur automatischen Suche nach einer Kabelleitung mit stabilem Phase-Erde-Fehler entwickelt und in Betrieb genommen. Durch Wechselmessungen am TTNP wird eine Kabelleitung mit beschädigter Isolierung anhand des maximalen Pegels des höheren Oberschwingungsstroms darin ermittelt. Informationen über den TC-Kanal werden in Form eines bedingten Codes an die Zentrale übertragen, wo der Decoder in eine Zahl umgewandelt wird, die den Namen der Linie bildet.
Wenn auf Kabelleitungen kein TTNP vorhanden ist, verwenden Sie zum Auffinden einer beschädigten Verbindung eine Stromzange als Messstromwandler. Bei der Messung wird das HSS-Gerät an einer Stromzange anstelle eines stromsammelnden Amperemeters montiert.
Fehlen selektive Signalgeräte am Umspannwerk oder liefern sie nicht die gewünschten Ergebnisse, erfolgt die Suche nach der beschädigten Verbindung durch Verlegung einzelner Verbindungen von einem Bussystem (Abschnitt) auf ein anderes, ohne Erdschluss arbeitendes Bussystem (Abschnitt) oder durch Aufteilung der elektrischen Leitungen Netzwerk an vorgegebenen Orten. Diese Operationen müssen so durchgeführt werden, dass bei der Aufteilung des Netzwerks seine einzelnen Teile vollständig kompensiert werden. Um Fehler zu finden, nutzen sie teilweise abwechselnd kurzzeitige Trennungen von Leitungen und deren Inbetriebnahme durch automatische Wiedereinschaltung oder manuell.
Gleichzeitig mit der Ortung des Fehlers im Netz müssen Inspektionen der in Betrieb befindlichen Drosseln und Transformatoren durchgeführt werden, an deren Neutralleiter sie angeschlossen sind. Dies liegt daran, dass die Dauer des Dauerbetriebs von Reaktoren unter Strom von Fabriken für einzelne Zweige auf 2 bis 8 Stunden normiert wird. Wenn sich die Suche nach einem Erdschluss verzögert, muss das Personal die Temperatur der oberen Schichten sorgfältig überwachen Öl im Reaktortank, Aufzeichnung der Thermometerwerte alle 30 Minuten. Der maximale Temperaturanstieg in den oberen Ölschichten ist auf bis zu 100°C zulässig. Wenn die Reaktoren in Umspannwerken installiert sind, die von operativen Feldteams (OVB) bedient werden, werden die Reaktoren nach dem Auffinden und Trennen der beschädigten Leitung inspiziert, die Messwerte ihrer Thermometer aufgezeichnet und alle angegebenen Relais und Signalgeräte in ihre ursprünglichen Positionen zurückgebracht .

In der Elektrotechnik gibt es so etwas wie den kapazitiven Strom, besser bekannt als kapazitiver Erdschlussstrom in elektrischen Netzen. Dieses Phänomen tritt auf, wenn eine Phase beschädigt ist und ein sogenannter Erdungslichtbogen entsteht. Um schwerwiegende negative Folgen zu vermeiden, ist es notwendig, den kapazitiven Strom des Netzwerks rechtzeitig und korrekt zu berechnen. Dadurch wird die Überspannung im Falle einer erneuten Zündung des Lichtbogens reduziert und Bedingungen für dessen selbständiges Erlöschen geschaffen.

Was ist kapazitiver Strom?

Kapazitiver Strom tritt normalerweise auf langen Leitungen auf. In diesem Fall funktionieren Masse und Leiter ähnlich wie die Platten eines Kondensators und tragen zum Erscheinungsbild einer bestimmten Kapazität bei. Da es unterschiedliche Eigenschaften aufweist, kann dies als Impuls für sein Erscheinungsbild dienen. Bei Kabelleitungen mit einer Spannung von 6-10 Kilovolt kann der Wert 8-10 Ampere pro 1 km Länge betragen.

Wird eine Leitung im unbelasteten Zustand getrennt, kann der Wert des kapazitiven Stroms mehrere zehn oder sogar hunderte Ampere erreichen. Während des Abschaltvorgangs, wenn der Strom den Nulldurchgang durchläuft, liegt an den divergierenden Kontakten keine Spannung an. Im nächsten Moment ist jedoch durchaus die Entstehung eines Lichtbogens möglich.

Wenn der Wert des kapazitiven Stroms 30 Ampere nicht überschreitet, kommt es im Bereich gefährlicher Überspannungen und Erdschlüsse nicht zu ernsthaften Schäden an den Geräten. Der an der Fehlerstelle entstehende Lichtbogen erlischt schnell genug bei gleichzeitigem Auftreten eines stabilen Kurzschlusses zur Erde. Alle Änderungen des kapazitiven Stroms erfolgen entlang der elektrischen Leitung in der Richtung vom Ende zum Anfang. Die Größe dieser Änderungen ist proportional zur Länge der Linie.

Um den Erdschlussstrom zu reduzieren, wird in Netzen mit Spannungen von 6 bis 35 Kilovolt der kapazitive Strom kompensiert. Dadurch können Sie die Geschwindigkeit der Spannungswiederherstellung in der beschädigten Phase nach dem Erlöschen des Lichtbogens verringern. Darüber hinaus werden Überspannungen bei wiederholten Lichtbogenzündungen reduziert. Die Kompensation erfolgt über lichtbogenlöschende Erdungsdrosseln mit stufenloser oder stufenweiser Induktivitätsanpassung.

Die Störlichtbogenunterdrückungsdrosseln werden entsprechend dem Kompensationsstrom angepasst, dessen Wert dem kapazitiven Erdschlussstrom entspricht. Beim Einrichten dürfen übermäßige Kompensationsparameter verwendet werden, wenn der induktive Anteil des Stroms nicht mehr als 5 Ampere beträgt und der Grad der Abweichung von der Haupteinstellung 5 % beträgt.

Eine Aufstellung mit unzureichender Kompensation ist nur dann zulässig, wenn die Leistung der Löschdrossel nicht ausreicht. Der Grad der Verstimmung sollte in diesem Fall 5 % nicht überschreiten. Die Hauptbedingung für eine solche Einstellung ist das Fehlen einer neutralen Vorspannung, die auftreten kann, wenn die Phasenkapazitäten des Stromnetzes asymmetrisch sind – wenn Drähte gebrochen sind, Kabeladern gedehnt werden usw.

Um Notfallsituationen im Vorfeld vorzubeugen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, ist es notwendig, den kapazitiven Strom in einem bestimmten Bereich zu berechnen. Es gibt spezielle Techniken, mit denen Sie genaue Ergebnisse erzielen können.

Ein Beispiel für die Berechnung des kapazitiven Stroms eines Netzwerks

Der Wert des kapazitiven Stroms, der bei einem Leiter-Erde-Fehler entsteht, wird nur durch den Wert der Netzkapazität bestimmt. Im Vergleich zu induktiven und aktiven Reaktanzen weist die kapazitive Reaktanz eine höhere Leistung auf. Daher werden die ersten beiden Widerstandsarten in den Berechnungen nicht berücksichtigt.

Am einfachsten lässt sich die Entstehung kapazitiver Ströme am Beispiel eines Drehstromnetzes betrachten, bei dem in Phase A ein normaler Kurzschluss aufgetreten ist. In diesem Fall wird die Größe der Ströme in den verbleibenden Phasen B und C nach folgenden Formeln berechnet:

Die Strommodule in diesen Phasen I in und I c können unter Berücksichtigung bestimmter Annahmen C = C A = C B = C C und U = U A = U B = U C mit einer anderen Formel berechnet werden: Der Wert des Stroms im Erdreich besteht aus a geometrisch die Summe der Ströme der Phasen B und C. Die gesamte Formel sieht folgendermaßen aus: Bei praktischen Berechnungen kann die Größe des Erdschlussstroms ungefähr durch die Formel bestimmt werden: , wobei U avg.nom. - ist die durchschnittliche Phasennennspannung der Stufe, N ist der Koeffizient und l ist die Gesamtlänge mit elektrischer Verbindung zum Erdschlusspunkt (km). Die mit dieser Berechnung ermittelte Schätzung zeigt, dass der aktuelle Wert unabhängig vom Ort des Fehlers ist. Dieser Wert wird durch die Gesamtlänge aller Netzwerkleitungen bestimmt.

So kompensieren Sie kapazitive Erdschlussströme

Der Betrieb elektrischer Netze mit Spannungen von 6 bis 10 Kilovolt erfolgt je nach Stärke des Erdschlussstroms mit isoliertem oder geerdetem Neutralleiter. In allen Fällen sind Lichtbogenlöschspulen im Stromkreis enthalten. Der Neutralleiter wird mithilfe von Lichtbogenunterdrückungsspulen geerdet, um Erdschlussströme zu kompensieren. Bei einem einphasigen Erdschluss läuft der Betrieb aller elektrischen Empfänger im Normalbetrieb weiter und die Stromversorgung der Verbraucher wird nicht unterbrochen.

Die beträchtliche Länge städtischer Kabelnetze führt zur Bildung großer Kapazitäten in ihnen, da jedes Kabel eine Art Kondensator ist. Infolgedessen kann ein einphasiger Fehler in solchen Netzen zu einem Anstieg des Stroms an der Fehlerstelle auf mehrere zehn und in einigen Fällen Hunderte von Ampere führen. Die Einwirkung dieser Ströme führt zu einer schnellen Zerstörung der Kabelisolierung. Aus diesem Grund wird ein einphasiger Fehler in Zukunft zu einem zwei- oder dreiphasigen Fehler, was zu einer Abschnittsabschaltung und einer Unterbrechung der Stromversorgung der Verbraucher führt. Ganz am Anfang entsteht ein instabiler Lichtbogen, der sich nach und nach in einen dauerhaften Erdschluss verwandelt.

Beim Nulldurchgang des Stroms verschwindet der Lichtbogen zunächst und erscheint dann wieder. Gleichzeitig kommt es an unbeschädigten Phasen zu einem Spannungsanstieg, der in anderen Bereichen zu Isolationsversagen führen kann. Um den Lichtbogen im Schadbereich zu löschen, müssen besondere Maßnahmen zur Kompensation des kapazitiven Stroms getroffen werden. Hierzu wird eine induktive Erdungs-Lichtbogenlöschspule mit dem Netznullpunkt verbunden.

Der in der Abbildung dargestellte Anschlusskreis der Lichtbogenlöschspule besteht aus einem Erdungstransformator (1), einem Schalter (2), einer Spannungssignalwicklung mit einem Voltmeter (3), einer Lichtbogenlöschspule (4) und einem Stromtransformator (5). , (6), ein Stromrelais (7), Ton- und Lichtalarm (8).

Die Spulenstruktur besteht aus einer Wicklung mit einem Eisenkern, die in einem mit Öl gefüllten Gehäuse untergebracht ist. Die Hauptwicklung verfügt über Anzapfungen entsprechend fünf Stromwerten, um die Einstellung des induktiven Stroms zu ermöglichen. Eine der Klemmen ist über einen Stern mit dem Nullpunkt der Transformatorwicklung verbunden. In einigen Fällen kann ein spezieller Erdungstransformator verwendet werden und der Hauptwicklungsanschluss wird mit der Erde verbunden.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, wird daher nicht nur der kapazitive Strom berechnet, sondern auch mit speziellen Geräten durchgeführt. Dies führt im Allgemeinen zu guten Ergebnissen und gewährleistet einen sicheren Betrieb elektrischer Netze.

Berechnung des kapazitiven Leiter-Erde-Fehlerstroms. Wenn eine Phase gegen Erde kurzgeschlossen ist, was als einfacher Fehler bezeichnet wird, wird der Strom nur durch die Kapazität des Netzwerks bestimmt. Die kapazitiven Widerstände von Netzwerkelementen übersteigen ihre induktiven und aktiven Widerstände deutlich, wodurch letztere bei der Stromermittlung vernachlässigt werden können. Betrachten wir das einfachste dreiphasige Netzwerk, in dem ein einfacher Phasenkurzschluss aufgetreten ist A.

Ströme in Phasen IN Und MIT sind wie folgt definiert:

Aktuelle Module unter Berücksichtigung von Annahmen

werden berechnet als: Der Strom im Boden wird durch die geometrische Summe der Ströme bestimmt: In praktischen Berechnungen ist mit der Formel eine grobe Abschätzung der Größe des Erdschlussstroms möglich wo av.nom U– durchschnittliche Nennphasenspannung der Stufe; N- Koeffizient; l– Gesamtlänge der Freileitungen oder Kabelleitungen, die elektrisch mit dem Erdschlusspunkt verbunden sind, km. Diese Beurteilung bedeutet, dass die Größe des Fehlerstroms nicht von seinem Ort abhängt und durch die Gesamtlänge der Netzleitungen bestimmt wird.

Kompensation des kapazitiven Leiter-Erde-Stroms.

In Netzen von 3–20 kV und kurzen Freileitungen und Kabeltrassen beträgt der Leiter-Erde-Fehlerstrom mehrere Ampere. Der Lichtbogen erweist sich in diesem Fall als instabil und erlischt von selbst. Folglich können solche Netzwerke normal in einem einfachen Schaltungsmodus arbeiten. Eine Erhöhung der Spannung und Länge des Netzes führt zu einer Erhöhung des Erdschlussstroms – ein Lichtbogen bei solchen Strömen kann lange brennen, er geht oft auf benachbarte Phasen über und verwandelt einen einphasigen Fehler in einen zwei- oder dreiphasig eins. Eine schnelle Beseitigung des Lichtbogens wird durch die Kompensation des Erdschlussstroms durch Erdung des Neutralleiters durch die Lichtbogenlöschvorrichtung erreicht

Das Netzwerk besteht aus einem Transformator und einer Leitung, die an Konstantspannungsbusse angeschlossen ist. Die symmetrischen Komponenten am Ort des Erdschlusses werden unter der Annahme bestimmt, dass der gesamte kapazitive Widerstand des Nullstromkreises seinen Mit- und Gegensystemwiderstand deutlich übersteigt, was uns die Annahme erlaubt.

61.1. In einem umfassenden Schema ( B) Die induktiven Reaktanzen der Leitung und tr-ra aller Sequenzen werden symbolisch eingeführt, obwohl sie als gleich Null angenommen werden. Um den Strom eines einfachen Erdschlusses zu begrenzen, ist es notwendig, den Neutralleiter des Transformators über eine Induktivität zu erden, deren Wert so gewählt ist, dass im Nullstromkreis eine Stromresonanz auftritt. Dies führt in diesem Fall zum völligen Verschwinden des Erdschlussstroms. Wenn wir die induktiven Reaktanzen des Transformators und der Leitung vernachlässigen, stellen wir fest, dass Resonanz bei auftritt. Lichtbogenunterdrückungsdrosseln verfügen über eine schrittweise Induktivitätsregelung. Mit ihrer Hilfe wird der einphasige Fehlerstrom um das Zehnfache reduziert, was völlig ausreicht, um den Lichtbogen an der Fehlerstelle zu löschen.

Im normalen Netzbetrieb gibt es immer einen leichten neutralen Offset, d.h. Das neutrale Potenzial ist immer von Null verschieden. Dies ist auf die Phasenasymmetrie der Stromleitungen zurückzuführen, die in Verteilungsnetzen nicht beseitigt werden kann. Wenn der Lichtbogenunterdrückungsreaktor jedoch im Leerlauf eingeschaltet wird, kann sich sein Potenzial erheblich erhöhen.

Laut PUE sollte der Grad der Phasenasymmetrie von Kondensatoren relativ zur Erde 0,75 % nicht überschreiten. Eine leichte Verstimmung des Schwingkreises, die nicht zu einer Verschlechterung der Lichtbogenlöschbedingungen führt, ist besonders wirksam in Netzwerken ohne Transposition. PUEs begrenzen die Dauer des Netzbetriebs bei einem Leiter-Erde-Fehler nicht.