Дугогасильны реактори

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕРЕЖ З ІЗОЛЬОВАНОЇ НЕЙТРАЛЬЮ Й КОМПЕНСАЦІЄЮ ЄМНІСНИХ СТРУМІВ

1.1. Мережі з ізольованою нейтралью

1.2. Компенсація ємнісного струму замикання на землю

2. ДУГОГАСИЛЬНІ РЕАКТОРИ І ЇХНЄ ПРИЗНАЧЕННЯ

2.1. Типи дугогасильних реакторів

2.2. Характеристика типів дугогасильних реакторів

3. ВИБІР ПОТУЖНОСТІ Й МІСЦЯ УСТАНОВКИ ДУГОГАСИЛЬНИХ РЕАКТОРІВ

3.1. Вибір потужності дугогасильних реакторів

3.2. Місця установки дугогасильних реакторів

4. СХЕМИ ВКЛЮЧЕННЯ ДУГОГАСИЛЬНИХ РЕАКТОРІВ І СИГНАЛІЗАЦІЇ

4.1. Схеми включення дугогасильних реакторів

4.2. Підключення ланцюгів сигналізації й контролю роботи дугогасильних реакторів

5. УСТАНОВКА ДУГОГАСИЛЬНИХ РЕАКТОРІВ

6. ПІДГОТОВКА МЕРЕЖІ ДО ВКЛЮЧЕННЯ ДУГОГАСИЛЬНИХ

 РЕАКТОРІВ

7. ЕКСПЛУАТАЦІЯ ДУГОГАСИЛЬНИХ РЕАКТОРІВ. ВИБІР НАСТРОЮВАННЯ ДУГОГАСИЛЬНИХ РЕАКТОРІВ

7.1. Вибір настроювання дугогасильних реакторів

7.2. Експлуатація дугогасильних реакторів

7.3. Огляди дугогасильних реакторів

8. ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

Замикання на землю струмоведучих частин електричних установок є переважним видом ушкодження в мережах всіх напруг. У розподільних мережах 6-35 кВ ці ушкодження становлять не менш 75 % загального числа ушкоджень. У мережах 110 й 220 кВ однофазні ушкодження ізоляції становлять відповідно 80 й 90 %.

Причини виникнення замикань на землю в повітряних і кабельних мережах різноманітні. Вони з'являються внаслідок електричних і механічних ушкоджень ізоляції; дефектів в ізоляторах й ізоляційних конструкціях; забруднень і зволожень ізоляції; обривів проводів і тросів; розривів струмоведучих частин і фаз кабелів у сполучних муфтах при зсувах ґрунту; часткових ушкоджень ізоляції при монтажі й будівництві; часткових розрядів, що різко змінюють напруженість електричного поля на границях між елементами ізолюючих конструкцій, а також у результаті впливів грозових і внутрішніх перенапруг.

Тому способи й засоби підвищення надійності роботи всякої високовольтної мережі повинні бути спрямовані, насамперед, на запобігання аварійних наслідків, які можуть виникнути при розвитку замикань на землю в міжфазні короткі замикання й на підтримку певних експлуатаційних рівнів ізоляції.

Ступінь небезпеки замикань на землю в основному залежить від стану нейтралі мережі, від ефективності заземлення нейтралі, що має безпосереднє відношення до проблеми боротьби з аваріями, а отже, до надійності електропостачання електроенергією споживачів.

Залежно від стану нейтралі у високовольтних мережах застосовуються два способи гасіння електричної дуги, що виникла в місці ушкодження. Один з них розрахований на відключення місця ушкодження й на відновлення діелектричних властивостей ізоляції за час безтокової паузи. Другий - на компенсацію ємнісного струму, що протікає через місце замикання на землю, індуктивними струмами дугогасильних апаратів, які забезпечують самозагасання заземлюючої дуги або її безпечне горіння.

Заземлюючі дуги можуть бути розділені на дві категорії:

1.         Дуги, що вільно горять у відкритій атмосфері, - дуги, що розтягуються;

2.         Дуги, що горять у якому-небудь ізолюючому або напівпровідному закритому середовищі, - дуги, що не розтягуються.

До першої категорії відносяться дуги, що виникають у результаті перекриттів нормальної, а також ослабленої ізоляції або ізоляційних відстаней при грозових поразках високовольтних ліній, у результаті комутаційних або ферорезонансних перенапруг, при механічних ушкодженнях. До другої категорії відносяться головним чином дуги, що виникають при ушкодженнях у кінцевій або сполучній кабельній муфтах, безпосередньо в кабельній ізоляції, в ізоляції машин і трансформаторів, у дугогасильних камерах вимикачів, що відключають замикання на землю, а також у щілинних дефектах введень й ізоляторів.

Тривале горіння заземлюючих дуг зі струмами, що перевищують критичні значення, може привести до руйнування порцелянових ізоляторів міжфазної ізоляції кабелів або виткової ізоляції трансформаторів і сприяти виникненню коротких замикань.

1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕРЕЖ З ІЗОЛЬОВАНОЇ НЕЙТРАЛЬЮ Й КОМПЕНСАЦІЄЮ ЄМНІСНИХ СТРУМІВ

 

1.1. Мережі з ізольованою нейтралью

При роботі мережі з ізольованої нейтралью (при відключеному дугогасильному реакторі) на нейтралі є напруга несиметрії , обумовлена деякою несиметрією ємностей фаз щодо землі.

Ступінь несиметрії  (у відсотках) визначається:

,

де  й ;

- струм несиметрії (він протікав би в тому випадку, якби нейтраль мережі мала глухе заземлення).

В відносних одиницях

,

де  й - відношення ємностей відповідних фаз до найбільшої ємності .

Якщо несиметрія мережі обумовлена зменшеною ємністю  тільки однієї фази, наприклад, фази В, то ступінь несиметрії у відносних одиницях

,

де  (прийнято ).

При двофазній несиметрії, наприклад ємності  зменшені на двох фазах, ступінь несиметрії

.

З урахуванням навантажених трансформаторів, підключених до мережі, ступеню однофазної й двофазної несиметрій визначаються по виразах:

 та

При цьому повний ємнісної струм мережі залишається незмінним, тому що ємності, що відокремилися від фази, перерозподіляються на фази з первісними ємностями через параметри обмоток навантажених трансформаторів.

Ступінь несиметрії ємностей фаз мережі залежить від розташування проводів на опорах, а також від розподілу конденсаторів високочастотного зв'язку між фазами ліній електропередачі. Несиметрія ємностей фаз мережі може бути обумовлена нерівністю ємностей конденсаторів, установлюваних для захисту обертових машин від грозових перенапруг.

Для повітряних мереж напруга несиметрії звичайно перебуває в межах 0,5-5% U_ф .

Для кабельних ліній напруга несиметрії практично дорівнює нулю.

Степінь розстройки компенсації  - є відношення реактивної складової струму замикання на землю до ємнісного струму мережі

 %,

де  - степінь настроювання компенсації.

Величини  й  визначаються встановленими настроюваннями компенсації.

Розстройки компенсації виникають по наступних основних причинах:

1.         У результаті навмисних відключень або включень ліній без замикання на землю. Ці оперативні дії виробляються за заявками. Швидкість перебудови при цьому не потрібно. Вони становлять 50% загального числа комутацій у мережі.

2.         У результаті навмисних відключень або включень ліній при замиканнях на землю в мережі. Ці оперативні дії становлять близько 30%.

3.         Внаслідок автоматичних відключень і включень ліній при міжфазних коротких замиканнях - близько 20%.

Аварійно виникши в мережі однофазна  або двофазна несиметрія ємностей приводить до зміни ступеня розстройки компенсації убік перекомпенсації відповідно

 й

При включених дугогасильних реакторах на нейтралі з'являється напруга зсуву нейтралі , обумовлена наявністю в мережі напруги несиметрії

.

Степінь зсуву нейтралі .

Коефіцієнт заспокоєння в мережі  дорівнює відношенню активної складової струму замикання на землю до повного ємнісного струму мережі

 %.

Для повітряних мереж з нормальним станом ізоляції . При забрудненнях і зволоженнях ізоляції коефіцієнт заспокоєння може збільшиться до 10%.

Для кабельних мереж . Однак, при наявності в мережі кабелів з постарілою ізоляцією величина  може досягати 6%.

У мережі через місце ушкодження протікає струм замикання на землю

,

де  - додатковий коефіцієнт заспокоєння;

- сумарний опір розтікання зворотних струмів замикання на землю, що складається з опору заземлюючої дуги й опору розтікання струму в землі або в оболонках кабелів.

Опір заземлюючої дуги залежить від величини струму замикання на землю й характеру ушкодження ізоляції.

При горінні заземлюючої дуги відбуваються різкі зміни реактивного навантаження на генераторах. У мережах з більшими ємнісними струмами замикання на землю - це приводить до коливань напруги. Незважаючи на наявність автоматичного регулювання напруги.

При резонансному настроюванні ( ) реактивна потужність залишається такою ж, як і до замикання на землю, тобто замикання на землю не відбиваються ні на споживачах, ні на джерелах живлення.

1.2. Компенсація ємнісного струму замикання на землю

Компенсація ємнісного струму замикання на землю є безконтактним засобом дугогасіння. У порівнянні з мережами, що працюють із ізольованою нейтралью, правильно використана компенсація ємнісних струмів у мережах має наступні переваги:

1.         Зменшує струм через місце ушкодження до мінімальних значень, забезпечує надійне дугогасіння й безпека при стіканні струмів у землі;

2.         Полегшує вимоги до заземлюючих пристроїв;

3.         Обмежує перенапруги, що виникають при дугових замиканнях на землю, до значень 2,5 - 2,6 U_ф (при ступені розстройки компенсації 0 - 5 %), безпечних для ізоляції експлуатованого встаткування й ліній;

4.         Значно знижує швидкості перенапруг, що відновлюються, на ушкодженій фазі, сприяє відновленню діелектричних властивостей місця ушкодження в мережі після кожного загасання заземлюючої дуги;

5.         Запобігає набросам реактивної потужності на джерела живлення при дугових замиканнях на землю, чим зберігається якість електроенергії в споживачів;

6.         Запобігає розвитку в мережах ферорезонансних процесів;

7.         Забезпечує високу надійність роботи високовольтних ліній без грозозахисного троса;

8.         Виключає обмеження по статичній стійкості при передачі потужності по лініях електропередачі.

При компенсації ємнісних струмів повітряні й кабельні мережі можуть довгостроково працювати з фазою, що замкнула на землю.

Принцип компенсації ємнісних струмів замикання на землю показаний на схемі мал.1 (у дійсній мережі до місця замикання на землю струми підтікають по всіх фазах ліній через обмотки навантажених живильних трансформаторів, що живлять, утворюючи крапки токорозділів у мережі й землі).

Розподілені ємнісні й активні провідності мережі рівні відповідно

 і

Струм ДГР (мал. 1,б) виникає в результаті впливу на нього напруги зсуву нейтралі . Він дорівнює

,

де  - індуктивність ДГР;

 - опір, еквівалентний активним втратам ДГР.

При доцільно використовуваній компенсації не менш 85% замикань на землю ліквідується в мережі без шкоди для енергопостачання споживачів.

Автоматичне повторне включення в мережах з компенсацією використається лише при виникненні двох - або трифазних коротких замикань, які в цих мережах порівняно рідкі.

2. ДУГОГАСильні РЕАКТОРИ І ЇХНЄ ПРИЗНАЧЕННЯ

 

2.1. Типи дугогасильних реакторів

Дугогасильний реактор являє собою індуктивність, призначену для гасіння дуги ємнісного струму замикання на землю й обмеження перенапруг при повторних запалюваннях заземлюючої дуги.

По способах регулювання струму компенсації сучасні дугогасильні реактори розділяються на три основних види:

1.         З перемиканням відгалужень обмотки;

2.         Зі зміною зазорів у магнітній системі;

3.         Зі зміною індуктивності підмагнічуванням постійним струмом.

Основні характеристики зазначених дугогасильних реакторів наведені в таблиці 1

 

2.2. Характеристика типів дугогасильних реакторів

Східчасте регулювання струмів звичайних дугогасильних реакторів здійснюється зміною відгалужень їхніх обмоток. Фірми BBC, AEC виготовляють дугогасильні реактори плунжерного типу, у яких плавна зміна струму здійснюється зміною зазору між сердечниками магнітопроводу. Вони застосовуються в основному для підстроювання компенсації до резонансу. Вартість цих реакторів набагато вище вартості реакторів з перемикачами.

Дугогасильні реактори плунжерного типу мають меншу надійність, чим реактори з перемикачами, тому що сердечники, що переміщаються, утворюючі зазори в магнітопроводі, і пов'язані з ними конструктивні елементи піддаються вібраційним навантаженням при тривалих і багаторазових протіканнях струмів. Тому технічний нагляд за цими дугогасильними реакторами повинен проводиться більш ретельно, ніж за реакторами із зазорами, що не змінюються.

Дугогасильні реактори типу ЗРОМ, виготовлені з розрахунку магнітної індукції 14000 гс, мають прямо пропорційну залежність струму від напруги. Насичення сталі, практично не проявляється при напрузі , коли перемикач установлений на відгалуження найбільшого струму.

Дугогасильні реактори заводу TRO (типу GEUF), що виготовляють при магнітних індукціях 16500 гс, мають трохи гірші характеристики. Внаслідок насичення магнітопроводу в струмі котушки втримуються вищі гармонійні складові (1-1,5%), коли перемикач відгалужень обмотки встановлений на найбільший струм.

Межі регулювання струмів плунжерних дугогасильних реакторів 1:10.

Дугогасильні апарати з автоматичним настроюванням повинні мати межі регулювання струму  30%.

Приводи перемикачів відгалужень дугогасильних реакторів ЗРОМ й BHS перебувають на кришці бака, що є недоліком.

Дугогасильні реактори GEUF й інших іноземних фірм мають штурвальні приводи з фіксаторами положення. Це полегшує процес їхньої перебудови. Іноземні фірми виготовляють також реактори, перемикачі яких мають моторні приводи для дистанційного керування.

Для живлення ланцюгів контролю й сигналізації дугогасильні реактори, як правило, мають сигнальні обмотки. Деякі типи реакторів (наприклад, GEUF) мають убудовані трансформатори струму.

Тривала робота мереж 3-60 кВ із ізольованої нейтралью допускається при ємнісних струмах замикання на землю, не перевищуючі наступні значення:

Таблиця 2

Напруга мережі, кВ	6	10	15-20	35 і вище
Ємнісний струм замикання на землю, А	30	20	15	10

 Зазначені значення струмів відповідають вимогам Правил технічної експлуатації. Однак дослідження небезпеки впливу заземлюючих дуг і перенапруг, а також досвід експлуатації показали, що в мережах 6 й 10 кВ доцільно застосовувати дугогасильні реактори тоді, коли ємнісні струми замикання на землю досягли відповідно 20 й 15 А.

У блокових схемах генератор - трансформатор (на генераторній напрузі), а також у мережах 3-35 кВ із підвищеними вимогами до безпеки обслуговування встаткування дугогасильні реактори застосовуються, якщо ємнісні струми замикання на землю досягнуть 5А.

У мережах 110 й 150 кВ, а також на окремих, не захищених тросом лініях цих напруг допускається застосування компенсації ємнісних струмів замикання на землю, якщо ефективне заземлення нейтрали економічно й технічно недоцільно.

Компенсація ємнісного струму замикання на землю особливо ефективна на територіях з погано провідними ґрунтами, де практично неможливо й економічно недоцільне виконання заземлюючих пристроїв, що забезпечують безпеку, селективність дії релейного захисту і грозозахист, а також тоді, коли система з ефективно заземленою нейтралью незастосовна за умовами електромагнітних впливів ліній високої напруги на відповідальні лінії зв'язку й автоблоковані ланцюги залізниць.

Межа ефективності компенсації ємнісного струму визначається по гранично припустимій активній складовій, що прийнята рівної 20А, однакової для всіх мереж, оскільки градієнти найбільшої робочої фазної напруги, градієнти гасіння й запалювання заземлюючої дуги для ізоляційних відстаней мереж 3-150 кВ практично однакові.

Гранично припустимі ємнісні струми замикання на землю, при яких компенсація ще є ефективним засобом, що забезпечує надійне гасіння заземлюючої дуги, визначаються по формулі

Величини цих струмів наведені в таблиці 3.

Таблиця 3

Гранично припустимі ємнісні струми замикання на землю в мережах з компенсацією.

Номінальна напруга мережі, кВ	Коефіцієнт заспокоєння, %	Граничний ємнісної струм, А
3-6	5	400
10-20	4	500
35	3	700
110	2	1100
150	1,5	1300

Поділ мереж на частини з метою зменшення активної складової струму замикання на землю не змінює якостей компенсації ємнісних струмів.