В настоящее время наиболее распространенным режимом заземления нейтрали в кабельных электрических распределительных сетях среднего напряжения является режим заземления через дугогасящие реакторы (ДГР) для компенсации емкостного тока замыкания на землю.
Цель исследования – усовершенствование средств контроля настройки для компенсации емкостных токов замыкания на землю в электрических сетях 6–35 кВ.
Важной эксплуатационной задачей является непрерывный контроль степени расстройки компенсации, которую, как известно, принято определять следующим образом
, (1)
где 
и 
соответственно суммарный ток дугогасящих реакторов и суммарный емкостный ток при устойчивом металлическом (без переходного сопротивления) замыкании на землю.
Эффективность дугогашения тем выше, чем точнее поддерживается настройка дугогасящих реакторов. По существующим требованиям расстройка компенсации не должна выходить за пределы ± 5%. В то же время текущее значение емкостного тока замыкания может изменяться в довольно широких пределах из-за включения или отключения отдельных участков сети, что приводит к расстройке компенсации более допустимого значения.
Непрерывное формирование электрического сигнала, характеризующего расстройку компенсации, позволяет при использовании в сети плавнорегулируемых ДГР осуществлять их автоматическую настройку. При использовании в сети ДГР со ступенчатым ручным управлением полезна непрерывная индикация расстройки компенсации в пределах около ± 20%.
В настоящее время наибольшее распространение получили устройства, основанные на использовании напряжения несимметрии промышленной частоты на ДГР, например [1]. Для реализации устройств, основанных на использовании напряжения несимметрии промышленной частоты, необходимые электрические величины создаются путем введения в сети искусственной несимметрии. Однако при этом в ряде случаев имеют место большие методические погрешности из-за влияния случайного по модулю и по фазе естественного напряжения несимметрии.
В последние годы предложен и реализован на практике метод настройки ДГР, основанный на измерении частоты свободных колебаний в контуре нулевой последовательности[2].
Известен ряд методов и устройств, основанных на наложении на сеть токов с частотой, отличной от промышленной [3–5]. Важным преимуществом методов, основанных на наложении на сеть токов непромышленной частоты, является принципиальная возможность отстройки от влияния случайного напряжения несимметрии с помощью соответствующей фильтрации по частоте. В одном из таких устройств источник непромышленной частоты должен включаться в первичную цепь, объединенную со стороны заземления всех ДГР сети [3]. Это возможно только при установке всех ДГР в пределах одной подстанции.
В устройстве по [3] для получения информации о расстройке компенсации с помощью трансформаторов напряжения измеряются напряжения на дугогасящем реакторе и на источнике непромышленной частоты, как показано на схеме рис.1.
а)
б)
Рис.1. Схемы реализации метода контроля степени расстройки компенсации известная (а) и
предлагаемая (б): ТЗ – трансформатор заземляющий; ДГР – дугогасящий реактор; ТV, ТV1, ТV2 – трансформаторы напряжения; ТА1, ТА2 – трансформаторы тока; ИНЧ – источник непромышленной частоты; ФП – фильтр присоединения
В предлагаемом устройстве источник непромышленной частоты включается в цепь через фильтр присоединения в цепь разомкнутого треугольника типового трансформатора напряжения, а информацию о расстройке компенсации получают измерением суммарного тока ДГР.
Таким образом, применение предлагаемого в статье устройства также возможно при установке всех ДГР на одной подстанции. Однако предлагаемое выполнение по рис. 1,б имеет ряд функциональных и технических преимуществ. Во-первых, исключается одна из значительных составляющих методической погрешности, обусловленная тем, что в устройстве по рис.1 не учитывается наличие в цепи ДГР индуктивности нулевой последовательности заземляющего трансформатора. Во-вторых, отпадает необходимость в двух высоковольтных измерительных трансформаторах напряжения. Измерение электрических величин непромышленной частоты в устройстве по рис. 1,б может осуществляться низковольтными трансформаторами тока, так как последние, как видно, находятся на потенциале “земли”.
Формирование электрической величины, характеризующей расстройку компенсации, далее рассмотрим по схеме замещения контура нулевой последовательности, приведенной на рис. 2.
Рис. 2. Схема замещения контура нулевой последовательности: L–эквивалентная индуктивность дугогасящих реакторов; C – суммарная емкость трех фаз сети;
g – эквивалентная активная проводимость контура нулевой последовательности;
Lт – индуктивность нулевой последовательности заземляющего трансформатора;
Zпр – сопротивление фильтра присоединения
Напряжение источника непромышленной частоты (ИНП) и сопротивление фильтра присоединения приведены в схеме рис. 2 к ступени первичного напряжения. Примем, что частота источника непромышленной частоты ωн отличается от частоты промышленного тока ωп в β раз, то есть ωн= β ωп.
Ток в цепи ДГР по схеме рис. 2 равен
(2)
где
.
При отнесении параметров всех элементов схемы к суммарной емкостной проводимости сети на частоте ωн получим
(4)
Далее введем общепринятый параметр, называемый коэффициентом демпфирования сети
. (5)
Так как в (1) 
, а 
, то нетрудно установить, что
. (6)
С учетом (1), (4), (5) абсолютная величина тока 
получится равной
(7)
Коэффициент d, как правило, не превышает значения 0,05 и только лишь в тех случаях, когда применяют комбинированное заземление нейтрали, может достигать значения около 0,2. Принципиальным обстоятельством, как для получения приемлемой зависимости параметра
от расстройки компенсации, так и с точки зрения технической реализации является выбор частоты вспомогательного источника. Очевидно, что частота вспомогательного источника должна достаточно сильно отличаться от промышленной, так как при этом облегчается задача выделение составляющей непромышленной частоты на фоне сигналов, обусловленных естественной несимметрией сети. С этой точки зрения приемлемыми, например, могут быть частоты 25 Гц или 100 Гц. Для выбора одного из этих значений определим чувствительность параметра 
к изменению расстройки компенсации при каждой из этих частот. В качестве меры чувствительности примем значение производной
по
при
, которое равно
. Абсолютное значение этой величины как при β = 0,5, так и β = 2 получается одинаковым и равным 0,44.
Определим также при этих двух значениях частот влияние d на абсолютную величину замеряемого тока , например, при и d= 0,2. Отличие абсолютной величины из-за влияния d как при β = 0,5, так и β = 2 составляет около 0,9%.
Таким образом, характеристики устройства для измерения расстройки компенсации как при частоте 25 Гц, так и при частоте 100 Гц получаются одинаковыми. Дополнительным фактором, который следует учесть при окончательном выборе частоты, является наличие в сети в нормальном режиме, кроме напряжения несимметрии промышленной частоты, также и напряжения с частотами, образующими систему нулевой последовательности, в частности с частотами 150 Гц. Поскольку относительное отличие частоты 25 Гц по отношению к частоте 150 Гц значительно больше, чем частоты 100 Гц, то применение частоты 25 Гц может быть предпочтительным с точки зрения решения задачи частотной фильтрации.
В аппаратной части устройства формируется величина, пропорциональная разности абсолютного значения тока и его значения при, отнесенная к значению суммарного тока 
, который замеряется в цепи заземления трансформатора напряжения TV1 (рис.1,б)
(8)
где K – коэффициент пропорциональности.
В формуле (8) знак плюс принимается при β = 0,5 и знак минус – при β = 2.
Параметр 
удовлетворяет условию, позволяющему использовать его либо для индикации расстройки компенсации, либо для автоматической настройки ДГР, так как
Выводы:
1. Показана возможность решения задачи контроля расстройки компенсации емкостных токов, основанного на наложении тока непромышленной частоты, путем включения вспомогательного источника непромышленной частоты в цепь разомкнутого треугольника типового трансформатора напряжения.
2. Предпочтительным для реализации устройства контроля расстройки компенсации является использование вспомогательного источника с частотой 25 Гц.
Рецензенты:
Хрущев Ю.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры электрических сетей и электротехники Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск;
Лукутин Б.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий Энергетического института Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск.
Библиографическая ссылка
Вайнштейн Р.А., Коломиец Н.В., Пономарчук Н.Р. КОНТРОЛЬ НАСТРОЙКИ КОМПЕНСАЦИИ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ С НАЛОЖЕНИЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ТОКА ЧЕРЕЗ ТИПОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17951 (дата обращения: 19.04.2024).