Тема: «Исследование работы сети с изолированной нейтралью»

Цель работы: При помощи стенда исследовать работу сети с изолированной нейтралью в трёх режимах:

1. В нормальном

2. При частичном нарушении изоляции

3. При металлическом коротком замыкании

Основные понятия:

К этой группе относятся сети напряжением 3 - 35 кВ. В таких сетях нейтрали генераторов и трансформаторов изолированы от земли. В нормальном режиме работы сети проводимости фазной изоляции обусловлены ёмкостями C_А, С_В, С_С и активными сопротивлениями изоляции относительно земли. Обычно активные проводимости фазной изоляции малы и одинаковы: G_А=G_В=G_С=G, при анализе режимов сети ими пренебрегают.

Ёмкости фаз относительно земли определяются конструкцией и протяжённостью линий электрических сетей и имеют распределённый характер. Для кабельных сетей свойственна ёмкостная симметрия, воздушные линии даже при транспонировании проводов обладают ёмкостной асимметрией порядка 0,2 – 4 %

Напряжение фаз сети относительно земли (U_А, U_В, U_С) симметричны и равны фазному напряжению, а ёмкостные токи фаз I_ca, I_cb, I_cc так же симметричны и равны между собой.

В случае металлического замыкания на землю (Rn=RR1=0) фазы в одной точке, напряжения неповреждённых фаз относительно земли возрастают в √3 раз и становятся равными междуфазному напряжению 1,73 U_ф, напряжение смещение нейтрали максимально и равно фазному напряжению сети.

Так, например, при замыкании на землю фазы А (рис.1.) поверхность земли в точке повреждения приобретает потенциал этой фазы, а напряжение фаз В и С относительно земли становятся соответственно равными между фазными напряжениями U_b=U_ba, U_c=U_ca. Емкостные токи неповреждённых фаз В и С также увеличиваются пропорционально увеличению напряжения в √3 раз. Ток на землю фазы А обусловленный ёмкостью, будет равен нулю, так как ёмкость оказывается закороченной. Емкостной ток замыкания на землю I _З также увеличится в 3 раза по отношению к ёмкостному току в нормальном режиме: I_З = 3·I_С = 3U_А*ω*C;

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление (R_n = RR1 ≠ 0) напряжение повреждённой фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповреждённых фаз - больше фазного, но меньше линейного. Треугольник линейных напряжений в сети не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Таким образом, условия работы изоляции сетей с незаземлёнными нейтралями получаются тяжёлыми, изоляция в этих сетях должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это обстоятельство, ограничивает область применения этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции не является определяющей и её увеличение компенсируется повышенной надёжностью питания потребителей.

Геометрическая сумма векторов ёмкостных токов неповреждённых фаз определяет вектор тока I _З через место повреждения. Ток I _С зависит от напряжения сети, частоты и ёмкости фаз относительно земли, которая зависит от конструкции и протяжённости сети. В сети небольшой протяжённости ёмкости, а следовательно и ток замыкания на землю малы и при замыкании фазы на землю данная линия не подлежит немедленному отключению. В разветвлённой сети ёмкостные токи в повреждённых фазах неповреждённых линий отсутствуют, а ёмкостные токи неповреждённых фаз всех линий суммируются в протяжённой сети, и суммарныйток протекает через место повреждения. Поэтому в протяжённых сетях ёмкостные токи замыкания на землю обычно превосходят допустимую по ПУЭ величину, при которой ещё возможна длительная работа с замыканием на землю. В этом случае следует принять меры для уменьшения этих токов.

Необходимо отметить, что при работе сети с замкнутой на землю фазой становится вероятным повреждение изоляции других фаз и возникновение междуфазного замыкания через землю. Поэтому в сетях с незаземлёнными нейтралями обязательно предусматривается устройство, извещающее персонал о возникновении однофазных замыканий на землю. Допустимая длительность работы с заземлённой фазой определяется ПТЭ и не должно превышать 2-х часов. Поскольку сети обладают индуктивностями и ёмкостями, то во время переходного процесса U_фз могут превышать нормальные фазные напряжения в 2,1-2,2 раза. При определённых условиях в месте замыкания может возникнуть перемежающаяся дуга, которая может повредить оборудование и вызвать двух и трёхфазное КЗ. Дуговые перенапряжения могут достигать на повреждённой фазе 2,2 U_ф, а на неповреждённых - 3,2 U_ф. Особенно опасна дуга внутри электрических машин и аппаратов.

Наиболее вероятно возникновение перемежающейся дуги при ёмкостном токе замыкания на землю более 5-10А. Поэтому допустимые значения тока на землю нормируются ПУЭ и не должны превышать следующих значений:

 

U сети	кВ	3 – 6		15 – 20
I сети	А

Для цепей генераторов блока I_доп. = 5А.

Порядок работы:

1. Перед началом проведения лабораторной работы, на стенде проверить положения ключей, автоматов, подключение реостатов (всё должно быть отключено или стоять в нейтральном положении).

2. Для запитывания схемы, собрать автомат питания QF1, должна загореть лампа HLW1.

3. Для включения TV, собрать автомат питания QF4, должна загореть лампа HLW2.

4. Для включения одной из линий, собрать один из автоматов питания QF2 или QF3, должна загореться лампа HLG1 (HLG2).

5. Переключателем SA2 устанавливаем режим "изолированная нейтраль".

6. Переключатель SA5, устанавливаем в нейтральное положение.

7. Снимаем показания всех приборов и заносим в таблицу 3 в графу "Нормальный режим рабрты".

8. Переключатель SA5, устанавливаем в положение выбранной линии.

9. Переключатель SA3 (SA4), устанавливаем в положение выбранной фазы на которой будем имитировать ухудшение изоляции.

10. В зависимости от выбранной линии, у реостата RR1 или RR2, уводим движок в крайне- правое положение.

11. Снимаем показания всех приборов и заносим в таблицу 3 в графу "Ухудшение изоляции ".

12. Пункты 9,10,11 повторяем для всех фаз.

13. Переключатель SA3 (SA4), устанавливаем в положение выбранной фазы на которой будем имитировать короткое замыкание.

14. В зависимости от выбранной линии, у реостата RR1 или RR2 уводим движок в среднее положение.

15. Снимаем показания всех приборов и заносим в таблицу 3 в графу "Металлическое короткое замыкание ".

16. Пункты 13,14,15 повторяем для всех фаз.

17. Отключение стенда производим в обратной последовательности.

18. Анализируем полученные результаты.

19. Оформляем отчёт и защищаем преподавателю.

 

Таблица 3