Компенсация емкостных токов кабеля

Компенсация ёмкостных токов в сетях с компенсированной нейтралью

Заглянувший

Группа: Пользователи
Сообщений: 49
Регистрация: 1.6.2015
Из: СПБ
Пользователь №: 45623

Читал тут про дугогасительные катушки, включаемые между нейтралью трансформатора и землёй в сетях с изолированной, точнее, компенсированной нейтралью. Не могу до конца переварить, что из себя представляют ёмкостные токи в таких сетях. Насколько я понял из прочитанных материалов, в любых ЛЭП всегда присутствуют утечки тока через активное и ёмкостное сопротивление ЛЭП. С утечками через активное сопротивление всё ясно — любые изоляторы имеют, хоть и очень большое, но конечное сопротивление, поэтому эти изоляторы тоже в какой-то степени являются проводниками, через которые проходит небольшой ток. Но вот с пониманием ёмкостных токов у меня туговато:

Допустим, натянуты у нас над землёй три фазных провода, между которыми имеется воздушная прослойка. Тогда любую пару из этих проводов можно рассматривать как две обкладки конденсатора, а воздушную прослойку между ними — как диэлектрик между обкладками этого конденсатора. Поскольку электрическое сопротивление воздуха не бесконечно, через него(воздух) также происходят микроутечки по следующим путям:

фаза А -> воздух -> фаза В
фаза А -> воздух -> фаза С
фаза В -> воздух -> фаза С

фаза А -> воздух -> земля -> фаза В
фаза А -> воздух -> земля -> фаза С
фаза В -> воздух -> земля -> фаза С

Предположим, одну из фаз коротнуло на землю. Тогда между изолированной нейтралью трансформатора и землёй возникнет фазное напряжение, а напряжение между оставшимися двумя фазами и землёй возрастёт до линейного напряжения сети, что чревато пробоем изоляции нашего «конденсатора». Естественно, ни к чему хорошему это не приведёт, поэтому между нейтралью транса и землёй включают катушку индуктивности. При замыкании одной из фаз на землю в месте замыкания будет протекает два типа токов — ёмкостный ток, равный геометрической сумме ёмкостных токов трёх фаз, и индуктивный ток, протекающий через дугогасящую катушку. Если сопротивление катушки подобрать равным(в идеале) сопротивлению ёмкости сети, индуктивный ток в месте замыкания полностью скомпенсирует ёмкостный ток, поскольку токи эти будут равны по амплитуде, но противоположны по фазе. В результате однофазное замыкание не перерастёт в двух-, а то и трёхфазное. Логика мне ясна. «Так какого тогда чёрта ты создал этот топик?», — спросите Вы. А непонятно мне вот что:

Почему токи, проходящие через воздушную прослойку между проводами, носят ёмкостный характер? Ведь эту самую воздушную прослойку между проводниками можно представить в виде обычного активного сопротивления, высокоомного резистора. В моём понимании ёмкостный ток — это ток зарядаразряда конденсатора. Такой ток опережает по фазе напряжение на четверть периода именно за счёт того, что по мере заполнения обкладок конденсатора зарядами вместимость этих обкладок уменьшается, поэтому при минимальном напряжении ток будет максимальным, и наоборот, при максимальном напряжении ток будет равен нулю. Если же рассматривать ток утечки, протекающий через диэлектрик конденсатора, разве будет этот ток иметь свойства ёмкостного тока? Ведь протекать он будет по замкнутой цепи, сквозь конденсатор, обкладки конденсатора вкупе с диэлектриком будут представлять из себя обычный резистор с активным сопротивлением для такого тока. Разве нет?

Системы компенсации емкостных токов замыкания на землю в сетях 6-35 кВ

Торгово-промышленная компания «Чебоксары-Электра» реализует и внедряет современные и эффективные системы компенсации емкостных токов замыкания на землю в одно и трехфазных сетях энергораспределения. Мы готовы спроектировать и организовать систему как с нуля, так и с существующим оборудованием.

Проблемы однофазных замыканий на землю в распределительных сетях 6-10-35 кВ

Однополюсные (однофазные) замыкания на землю (ОЗЗ) — наиболее частая причина отклонений в работе распределительных сетей 6-35 кВ, они составляют около 85% от всех нарушений в работе. Продолжительность таких замыканий может быть длительным ввиду того, что они не оказывают влияние на бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Большая часть однополюсных замыканий на землю имеют характер нестабильной электрической дуги, в более половине случаев они выливаются в многочисленные пробои изоляции, которые в свою очередь приводят к межфазным коротким замыканиям. Пробои изоляции возникают в результате нестабильного горения дуги в 30%, и вследствие кратных перенапряжений в 50% случаев. В результате однофазные замыкания на землю перерастают в тяжелую аварию, со значительными материальным уроном, и крупными расходами на ремонт.

Состав системы компенсации емкостных токов замыкания на землю

В состав разработанной системы входят:

• Дугогасящий реактор
• Присоединительный/Нейтралеобразующий тр-р ТМПС/ТМГN
• Шкаф управления реактором
• Система автоматического регулирования токов компенсации
• Блок коммутации резисторов БКР
• Система кратковременного возбуждения нейтрали СКВН
• Система определения повреждения фидера ОПФ
• Устройство определения замыкания на землю
• Высокочастотный регистратор

Преимущества внедрения систем компенсации емкостных токов ОЗЗ

В современных условиях развитие сетей ведет к планомерному увеличению емкостных токов, поэтому вопрос компенсирования тока дугогасящими аппаратами и грамотного подключения систем компенсации емкостных токов замыкания на землю при проектировании узлов распределительных сетей актуален как никогда. Накопленный опыт и планомерная замена изоляции кабелей на полиэтилен, обуславливает необходимость закладывания таких систем компенсации при токах, существенно меньших рекомендованных ПУЭ и ПТЭ. В соответствии с РД 34.20179 «Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электросетях 6-35кВ» Министерства Энергетики и Электрификации СССР. Главное Научно-техническое Управление Энергетики и Электрификации, и СТО ГАЗПРОМ 2-1.11-070-2006. Согласно требованиям п 1.2.16 Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей компенсация емкостных токов должна применяться в сетях 6, 10 кВ с емкостными токами свыше 30, 20 А соответственно. В воздушных сетях с железобетонными опорами компенсация обязательна при емкостных токах свыше 10 А.

Главное преимущество распределительных сетей с системой компенсации емкостных токов замыкания на землю – уменьшение кратности перенапряжений при дуговых замыканиях в плоть до 2,4 фазных напряжений сети при резонансной настройке контура нулевой последовательности. Перспективное проектирование распределительных сетей предполагает разработку новых подходов к автоматике управления ДГР, одним из которых и является наша продукция.

Также необходимость создания контуров нулевой последовательности при проектировании новых или реконструкции сетей 6-35 кВ отражена в Положении о технической политике ФСК ЕЭС:
«при новом строительстве, расширении и реконструкции сетей напряжением 6–35 кВ необходимо рассматривать варианты проектных решений сети с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор с автоматической компенсацией емкостных токов».

Значения суммарного емкостного тока секций РУ НН 10 кВ.

Формула приближенного расчета емкостного тока:

Емкостной ток для ВЛ-10 кВ: , (6.8.1)

Емкостной ток для КЛ-10 кВ: , (6.8.2)

Где U_НОМ.С =10 кВ. L_ВЛ и L_КЛ – длины кабельной и воздушной линий. К= 10 – поправочный коэффициент для кабелей с Б/м изоляции. К= 5 – поправочный коэффициент для кабелей из СПЭ-изоляции. По полученным данным от персонала ЭТЛ с согласия руководства филиала «Южные электрические сети» компании ОАО «МОЭСК» – известны полученные при опытах в ЭТЛ суммарные емкостные токи секций шин РУ 10 кВ на момент до реконструкции.

Суммарные емкостные токи секций РУ НН до реконструкции

Сравнивая формулы (6.8.1) и (6.8.2), видно, что после реконструкции с полной заменой КЛ с Б/м изоляции (около 80% по суммарной длине от всех КЛ) на кабели из СПЭ-изоляции – при этом суммарный емкостной ток вырастет в 2 раза на каждой КЛ. Таким образом, можно ввести поправочный коэффициент К=1,8 и тогда получу данные емкостных токов секций после реконструкции (таблица 6.8.3 – обозначены жирным шрифтом).

Суммарные емкостные токи секций после реконструкции

Вывод: Значения емкостных токов всех 4 секций превысят 10 А после реконструкции и учитывая преобладание КЛ в сети 10 кВ – выбираю способ заземления нейтрали через ДГР.

Выбор ДГР

В качестве ДГР буду использовать комбинированный ДГР (то есть совмещенный с трансформатором подключения в одном баке) типа ASRC, производимый чешской компанией «EGE». Особенности данного типа ДГР: – Автоматическое определение емкостного тока сети и его плавную автоматическую компенсацию (от 10% до 100% от тока компенсации). – Комплектование цифровыми регуляторами REG-DPA с высокой чувствительности по напряжению 3U₀ (в диапазоне 0,1–120 В). Регулятор обеспечивает высокое удобство эксплуатации (вычисляет емкостной ток сети; активную составляющую в токе замыкания; отображает на дисплее резонансную кривую сети и в виде засечки на ней текущую позицию реактора; обеспечивает автоматическое слежение за изменением емкости сети). – Комплектование шунтирующим низковольтным резистором, который включается во вторичную силовую обмотку реактора напряжением 500 В, что дает возможность организовать автоматический поиск присоединения с ОЗЗ. Номинальный активный ток, создаваемый шунтирующим резистором только в поврежденном фидере, составляет не менее 10% от максимального тока компенсации ДГР. Допустимое время протекания номинального тока в шунтирующем резисторе варьируется в пределах 6–90 с. – Оснащение устройствами обогрева шкафа управления и привода, что обеспечивает эксплуатацию на ОРУ ПС без дополнительной защиты при зимних температурах до -45º С. – Оснащение газовом реле Бухгольца для контроля уровня масла в ДГР и защиты от внутренних повреждений, а также электроконтактные термометры для контроля температуры масла при работе в режиме ОЗЗ.

ДГР типа ASRC оснащен тремя обмотками: 1. Главная обмотка, которая изготавливается в соответствии с U_{НОМ.СЕТИ}, Q_ДГР и длительностью работы сети в режиме ОЗЗ. 2. Измерительная обмотка (U_2.ИЗМ=100 В; I_2.ИЗМ =3А) используется для автоматического управления ДГР и измерения величины напряжения на нейтрали U₀. 3. Специальная обмотка (U_СПЕЦ= 500 В; Q_СПЕЦ =0,1· Q_ДГР в течение 90 сек) применяется для кратковременного включения шунтирующего резистора, создающего активную составляющую в токе поврежденного присоединения, что обеспечивает его селективное определение при наличии соответствующей РЗ.

Расчет мощностей ДГР:

При выборе мощностей ДГР, которые будет устанавливаться единично на каждой секции, следует подчеркнуть, что расчетный емкостной ток будет равен емкостному току каждой из двух систем шин, то есть в случае, когда секционные выключатели замкнуты (случай выхода из строя одного из двух силовых трансформаторов).

Таким образом, суммируя значения емкостных токов секций (№1 и №2) и секций (№3 и №4) из таблицы 6.8.3 – получаю расчетные значения емкостных токов для выбора ДГР:

I_С.Σ.1 = 10,08 + 40,5 =50,58 А; (6.8.3)

I_С.Σ.2 = 25,56 + 16,2 =41,76 А; (6.8.4)

Таким образом, нахожу мощности устанавливаемых ДГР.

Секции (№1; №3): Q_ДГР.1 ≥1,25·5,77·I_С.Σ.1=1,25·5,77·50,58 = 364,81 кВа, (6.8.5) Секции (№2; №4): Q_ДГР.2 ≥1,25·5,77·I_С.Σ.2=1,25·5,77·41,76 = 301,19 кВа, (6.8.6)

Где 1,25 – коэффициент с учетом развития сети 10 кВ. 5,77 – фазное напряжение сети 10 кВ. Из [21] выбираю ДГР одной мощности Q_ДГР = 480 кВа. Мощность трансформатора подключения S_{НОМ.ТДГР} ≥ Q_ДГР и равна 500 кВа. Тогда мощность специальной обмотки для подключения резистора равна: Q_СПЕЦ =0,1· Q_ДГР = 50 кВа. Диапазон токов компенсации ДГР от 8А до 83 А, то есть максимальное значение тока компенсации I_L.MAX = 83 А. Номинальный активный ток резистора I_R ≥ 0,1· I_L.MAX и принять равным стандартному значению 10 А.

Марка кабеля, соединяющего ТДГР – АПвВнг-LS (3×16). Присоединение к секциям через КРУ серии КРУ-2–10 с выключателем типа ВВУ-СЭЩ-П-10–20/1000 У2.

Выбор ОПН

В качестве защиты оборудования ПС и ее изоляции от атмосферных и коммутационных перенапряжений нормативные документы разрешают использовать лишь ОПН (ограничители перенапряжения). В качестве рекомендаций [2], внешняя изоляция будет из полимерного материала. На ПС необходимо установить ОПН в количестве 32 штук: 1. На стороне 110 кВ – 8 штук. Из них 2 штуки – в нейтрали силовых трансформаторов параллельно с заземлителями. 6 штук – на тросы ввода трансформаторов. 2. На стороне 10 кВ – 24 штуки. 12 штук на каждую секцию в шкафах ТН и 12 штук на тросах выводов силовых трансформаторов. Таким образом, 12 штук ОПН будут во внутреннем исполнении, а остальные 20 штук – в открытом. Способ установки – «фаза-земля».

Для выбора типа ОПН на стороне 110 кВ необходимо найти наибольшее длительно допустимое напряжение на ОПН U_НР.ОПН. Для данной ПС (не относиться к категории «особый случай» – смотри [15]) применима формула:

U_НР.ОПН ≥ 1,05 ·U_{НОМ.Ф.СЕТИ} = 1,05 ·63,51=66,69 кА, (6.9.1)

Где 1,05 – коэффициент запаса для сетей с эффективно-заземленной нейтралью. Используя сайт <5>, выбираю ОПН типа ОПН-П1–110/73/10/2 УХЛ1. Исполнение установки ОПН – на опоре линейного портала.

В качестве ОПН на стороне 10 кВ, устанавливаемые для защиты оборудования именно на ПС, компания ЗАО «ЗЭТО» предлагает ОПН типа ОПН-П1–10/12/10/2 УХЛ2. Исполнение установки ОПН – подвесное к тросам выводов трансформаторов.

Выбранные типы ОПН необходимо проверить по взрывобезопасности к максимальным токам КЗ, то есть I_ВЗ > I_УД. Для стороны 110 кВ: I_ВЗ > 45,07 кА. Для стороны 10 кВ: I_ВЗ > 42,31 кА.

Характеристики ОПН ПС «Сорокино»

Выбор ТСН

В таблице 6.10.1 отображены потребители собственных нужд (СН) ПС и их суммарная нагрузка с учетом коэффициента спроса. Расшифровка обозначений таблицы: P – Номинальная активная мощность единичного потребителя СН (кВт). N – Количество единичных потребителей СН (шт.). P_N — Суммарная активная мощность потребителя СН (кВт). К_СПР – Коэффициент спроса на потребителя СН (о.е). cosφ – Коэффициент мощности потребителя СН (о.е). S_РАСЧ – Расчетная нагрузка потребителя СН (кВа). S_РАСЧ.Σ – Суммарная расчетная нагрузка всех потребителей СН (кВа).

Нагрузочные данные потребителей собственных нужд ПС

В соответствии с [1], очевидно, что на ПС будет достаточна установка двух ТСН. Их эксплуатацию можно осуществить следующими способами:

1. Один из двух ТСН питает всю нагрузку СН, а второй находится в автоматическом резерве.

2. Два ТСН работают совместно с загрузкой 50–70% от номинальной мощности ТСН. При этом секции шин 0,4 кВ питают нагрузку раздельно.

К установке принимаю второй вариант эксплуатации ТСН.

На реконструируемой ПС будет отсутствовать постоянный оперативный персонал, поэтому формула для выбора номинальной мощности ТСН такова:

Где S_{НОМ.ТСН} – номинальная мощность ТСН. S_РАСЧ.Σ =184,48 кВа – Суммарная расчетная нагрузка всех потребителей СН.

Таким образом, ближайшая стандартная мощность трансформатора равна 250 кВа. В соответствии с [2], ТСН будут с сухой изоляцией обмоток с установкой в комплектной двухтрансформаторной ПС СН.

Паспортные данные ТСН

ТСЗ-СЭЩ-250/10-УЗ	ПБВ – 5 ступеней (±5%)
SНОМ = 250 кВа
UВН = 10 кВ
UНН = 0,4 кВ	Масса: 1185 кг
UK% = 4%	Производитель: ЗАО «ГК «Электрощит» – ТМ Самара» (г. Самара)
Δ / Y0 -11	Стоимость: 600 тысяч рублей

Марка кабеля, соединяющего ТСН – АПвВнг-LS (3×16). Присоединение к секциям через КРУ серии КРУ-2–10 с выключателем типа ВВУ-СЭЩ-П-10–20/1000 У2.

Технические характеристики комплектной ПС СН

5.11 Выбор аккумуляторной батареи

В соответствии с [1], для получения постоянного оперативного тока на ПС 110 кВ и выше будут установлены две одинаковые аккумуляторные батареи (АБ) стационарной установки закрытого типа с жидким и экологически чистым диэлектриком, исключающими выделение водорода в режиме зарядки и исключающие содержание ядовитых ПХБ (полихлорированные бифенилы).

В соответствии с [2], на ПС будут установлены АБ типа Groe. Каждая из двух АБ будет находиться в отдельных блоках ОПУ. Емкость каждой из двух АБ сможет обеспечивать питанием всех потребителей СН в течение не менее 3 часов при отключенном зарядно-подзарядном устройстве (ЗПУ).

Для выбора модели АБ типа Groe, отличающееся между собой номинальной емкостью, необходимо рассчитать максимальное значение тока с низшей стороны ТСН. В случае отказа обоих ТСН, именно этот ток (ток суммарной нагрузки всех потребителей СН) каждая из двух АБ обязана генерировать своей емкостью даже без подзарядки от ЗПУ. Рассчитаем максимальный ток низшей стороны ТСН:

А; (6.11.1)

Выбираю АБ типа Groe модели SGL 31D с номинальной емкостью С_НОМ =400 (А· час). Через 3 часа разряда емкость снизиться до 373 (А· час), таким образом, обеспечив требования [2].

Таблица 6.11.1 Технические характеристики АБ

Дугогасящий реактор (Катушка Петерсена) для компенсации емкостной составляющей тока

Узнать цену на дугогасящие реакторы можно связавшись с нашим менеджером удобным для Вас способом

• ОПИСАНИЕ
• ПРЕИМУЩЕСТВА
• УСТРОЙСТВО

Катушка Петерсена, или дугогасящий реактор, применяется для заземления нейтрали достаточно давно, около ста лет. Особенностью данного типа заземления является минимизация количества перебоев в электроснабжении. При однофазном замыкании на землю дугогасящий реактор снижает величину тока замыкания до уровня самопогасания ( Современная статическая конструкция

Дугогасящие реакторы Swedish Neutral имеют современную статическую (бесплунжерную) конструкцию, благодаря чему компенсация емкостного тока осуществляется максимально быстро и с исключительной точностью. Кроме того, статическая конструкция обеспечивает более высокую надежность оборудования, так как отсутствуют трущиеся детали, следовательно, невозможен их износ.

Масляный (герметичный) / Сухой тип

«РУ-Инжиниринг» поставляет как масляные, так и сухие дугогасящие реакторы для наружной или внутренней установки.

Перенастройка от минимума до максимума диапазона

Для эффективного снижения емкостного тока во время замыкания на землю дугогасящий реактор должен быть настроен на емкостную утечку сети в момент замыкания. Реакторы Swedish Neutral имеют современную статическую конструкцию с одной первичной обмоткой и одной вспомогательной. К вспомогательной обмотке подключается конденсаторная батарея.

Точная настройка — допустимое отклонение

Суммарная емкостная утечка сети может изменяться по разным причинам. Например уменьшаться при отключении одного из фидеров. При уменьшении емкостной утечки сети, необходимое количество конденсаторов подключается для настройки ASC в соответствии с параметрами сети. При подключении же фидера и увеличении суммарной емкостной утечки, необходимое количество конденсаторов отключается.

Конструкция дугогасящих реакторов ASC позволяет обеспечить самое высокое на рынке разрешение – менее одного процента ( Параллельная работа с дугогасящими реакторами любого типа

Использование существующих реакторов как фиксированных катушек.

«РУ-Инжиниринг» поставляет как масляные, так и сухие дугогасящие реакторы для внутреннего и наружного применения.

Масляные реакторы:

реакторы с естественным масляным охлаждением для наружной установки;

статическая (бесплунжерная) конструкция позволяет герметизировать корпус реактора;

герметичное исполнение не требует специального обслуживания или контроля масла.

Сухие реакторы:

реактор сухого типа конструктивно представляет из себя аппарат со статической конструкцией, такой же как реактор масляного типа, с той лишь разницей, что первичная обмотка выполнена из высоковольтного кабеля.;

сухое исполнение дает ряд преимуществ – не требуются маслоуловители, нет необходимости в контроле загрязнения маслом окружающей среды, экологически-дружелюбное исполнение позволяет устанавливать аппараты в чувствительных областях.