Инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ

определить, насколько емкости фаз различаются между собой.

Пусть С_в - наименьшая емкость, С_А и С_С - превышения емкостей фаз А и С над емкостью фазы В:

рассчитать, насколько необходимо увеличить емкость фазы В и уменьшить емкости фаз А и С.

Емкость фазы В должна быть увеличена на

(19)

Емкости фаз А и С должны быть уменьшены на

рассчитать длину линий, на которых необходимо выполнить транспозицию проводов.

Если С_а, С_в и С_с - удельные емкости проводов фаз А, В и С, мкф/км, то для выравнивания емкостей следует поменять местами провода фаз А и В на длине

(21)

и фаз В и С на длине

2. При выравнивании емкостей фаз сети путем переноса конденсаторов высокочастотной связи с одной фазы на другую изменение напряжения несимметрии U_нс, В, определяется по формуле

где C_к - емкость конденсатора высокочастотной связи, мкФ.

При переносе конденсатора, например с фазы А на фазу В, напряжение несимметрии уменьшается в направлении вектора напряжения фазы А на U_нс и увеличивается на то же значение в направлении вектора напряжения фазы В. Общее изменение напряжения несимметрии

U_{нс рез} = Uнс. (23)

Последовательность изменения напряжения несимметрии при переносе конденсатора с фазы А на фазу В показана на рис. 7.

Рис. 7. Изменение напряжения несимметрии сети при переносе конденсаторов высокочастотной связи с фазы А на фазу В

а - изменение напряжения несимметрии при отключении конденсаторов на фазе А;

б - изменение напряжения несимметрии при подключении конденсаторов на фазу В;

в - суммарное изменение напряжения несимметрии;

г - результирующее напряжение несимметрии
3. При подключении новой линии к действующей сети необходимо учитывать значение и фазу напряжения несимметрии сети и новой линии. Подключение должно быть выполнено таким образом, чтобы результирующее напряжение несимметрии имело наименьшее значение. Порядок определения наивыгоднейшего присоединения новой линии к сети показан на рис. 8.

Рис. 8. Определение результирующего напряжения несимметрии сети при подключении линии электропередачи:

а - напряжение несимметрии сети до подключения линии; б - напряжение несимметрии подключаемой линии; в - определение результирующего напряжения несимметрии при наивыгоднейшем присоединении линии

Данные для расчета:

емкостный ток замыкания на землю сети 35 кВ до подключения новых линий I_с=10 А;

вектор степени несимметрии сети

емкостный ток новой воздушной линии I_{с вл} = 2 А, степень несимметрии

емкостный ток новой кабельной линии I_{с кл} = 3 А, степень несимметрии U_{нс кл} = 0.

Емкостный ток сети после подключения линий

I_c = I_с+I_{с ВЛ}+I_{с кл} = 10+2+3 = 15 А.

Результирующая степень несимметрии сети после подключения новых линий определяется по формуле

Вектор результирующей степени несимметрии сети имеет модуль 2,1% и угол 71° относительно направления вектора напряжения фазы А. Перед введением компенсации емкостного тока необходимо выполнить выравнивание емкостей фаз и снизить степень несимметрии по крайней мере до 0,75%.

расстройку компенсации

и определяют степень смещения нейтрали U_o

2. По рассчитанной зависимости U_o = f (m) определяют значение m_n, при котором U_o = 0,7. Для найденного m_n рассчитывается предельная длина провода l_пр, обрыв которого вызывает опасное смещение нейтрали.

Если в сети линии длиннее l_пр отсутствуют, то опасные смещения нейтрали при неполнофазных режимах возникнуть не могут.

3. Числовой пример расчета приведен ниже.

Данные для расчета:

емкостный ток I_c воздушной сети 35 кВ равен 27 А. Удельный емкостный ток ВЛ i_c=0,1 А/км;

степень расстройки компенсации  = +0,063; d = 0,05.

Расчет U_o = f (m) представлен в табл. 13.

Кривая зависимости U_o = f (m) построена на рис. 9.

Степени смещения нейтрали U_o = 0,7 соответствует m_n = 0,88.

Для m_n = 0,88 предельная длина линии

Степень уменьшения емкости на одной фазе m	Степень несимметрии	Степень расстройки	Степень смещения нейтрали	Степень уменьшения емкости на одной фазе m	Степень несимметрии	Степень расстройки	Степень смещения нейтрали
0,1	0,429	-0,338	1,26	0,7	0,111	-0,041	1,72
0,2	0,363	-0,277	1,29	0,8	0,0715	-0,004	1,43
0,3	0,304	-0,221	1,34	0,85	0,0526	+0,0138	1,0
0,4	0,25	-0,171	1,4	0,9	0,0345	+0,0307	0,59
0,5	0,20	-0,124	1,49	0,95	0,017	+0,417	0,248
0,6	0,154	-0,081	1,62	1,0	0	+0,063	0

m

Рис. 9. Кривая зависимости напряжения смещения нейтрали от

степени однофазной несимметрии m

По значению вектора напряжения несимметрии и положению его относительно векторов линейных напряжений определяются необходимость и способ выравнивания емкостей фаз сети.

Измерения должны проводиться по схеме рис. 10 с использованием трансформатора напряжения, рассчитанного на номинальное напряжение сети, вольтметра и фазометра ВАФ-85. Один вывод первичной обмотки трансформатора напряжения заземляется, другой подсоединяется к концу изолирующей штанги.

Рис. 10. Схема измерений напряжений несимметрии и смещения нейтрали сети
Во вторичную обмотку трансформатора включаются вольтметр и фазометр ВАФ-85. Измерения производятся при кратковременном подключении трансформатора напряжения изолирующей штангой к нулевому выводу трансформатора, предназначенного для подключения дугогасящего реактора.

2. Измерения напряжения смещения нейтрали должны начинаться при наибольшем токе дугогасящего реактора. Последовательной перестройкой ответвлений у реактора со ступенчатым регулированием тока или изменением положения плунжера (тока подмагничивания) у плавнорегулируемого реактора настройку приближают к резонансу и переводят сеть из режима перекомпенсации в режим недокомпенсации.

Если сеть имеет значительную несимметрию емкостей фаз относительно земли, то при настройке, близкой к резонансной, напряжение смещения нейтрали может достигнуть значений, соизмеримых с фазным напряжением, а через реактор пойдет ток, отключение которого разъединителем будет недопустимо. Предельно допустимые смещения нейтрали и наибольшие токи, отключение которых допускаются разъединителями, приведены в табл. 14.
Таблица 14

Напряжение сети, кВ	Предельное смещение нейтрали, кВ	Предельный отключаемый ток, А
6	1,75	30
10	3,0	20
35	4,3	15

При возникновении такого режима перед отключением разъединителя необходимо уменьшить смещение нейтрали путем изменения емкости сети (например подключить или отключить одну из линий, объединить секции шин и т.п.).

По результатам измерений строится кривая зависимости напряжения смещения нейтрали от настройки дугогасящего реактора, по которой в дальнейшем производится определение емкостного тока замыкания на землю.

Пример построения указанной зависимости для сети 35 кВ, в которой установлены дугогасящие реакторы со ступенчатым регулированием тока, приведен на рис. 11.

3. Предварительная приближенная оценка емкостного тока замыкания на землю I_с (А) воздушной сети может быть произведена на основании расчета по формуле

I_c = (2,73,3) U_л l 10^-3, (28)

где U_л - линейное напряжение сети, кВ;

l - длина линии, км.

1 - область недокомпенсации; 2 - область перекомпенсации; 3 - резонансная настройка

Емкостный ток двухцепной линии может быть определен по формуле

I_{с дв} = (1,61,3)I_{с одн}, (29)

где I_{с одн} - емкостный ток одноцепной линии, А.

Увеличение емкостного тока сети за счет емкости оборудования подстанций может ориентировочно оцениваться для воздушных и кабельных сетей 6-10 кВ - на 10%, для воздушных сетей 35 кВ - на 12%. Для кабельных сетей 35 кВ увеличение емкостного тока за счет оборудования подстанций учитывать не следует.

4. Определение емкостного тока сети по результатам измерения напряжения смещения нейтрали при разных настройках дугогасящего реактора со ступенчатым регулированием тока (см. рис. 11) производится по формуле

где I_1к и I_2к - значения установленных токов компенсации, А;

U₀₁ и U₀₂ - возникшие при этих настройках напряжения смещения нейтрали, В.

Если в сети установлены два реактора или более, под значениями I_1к и I_2к следует понимать соответствующие суммы значений токов компенсации реакторов.

Для подсчета емкостного тока необходимо брать значения напряжения смещения нейтрали в непрерывно возрастающей либо в непрерывно убывающей области зависимости (см. рис. 11).

Точность определения емкостного тока повышается с увеличением количества измерений и всех расчетов. Значение емкостного тока определяется при этом как среднее арифметическое всех расчетов.

Емкостный ток может быть определен по результатам измерения значения и фазы напряжения смещения нейтрали, выполненных с помощью фазометра ВАФ-85 на вторичной стороне трансформатора напряжения контроля изоляции в обмотке 3U_o. Измерение фазы напряжения смещения нейтрали выполняется относительно одного из линейных напряжений. Емкостный ток сети определяется по формуле

(31)

где I_1к и I_2к - значения установленных токов компенсации, А;

U₀₁ и U₀₂ - напряжения смещения нейтрали при соответствующих токах компенсации, В;

 - угол между векторами U₀₁ и U₀₂.

Для повышения точности расчетов по указанным формулам рекомендуется учитывать снижение токов компенсации дугогасящих реакторов вследствие влияния сопротивления трансформаторов, в нейтрали которых включены реакторы (см. п. 5.5).

5. Емкостный ток сети может быть определен по результатам измерения тока, протекающего через реактор со ступенчатым регулированием тока при двух его настройках. Значение емкостного тока определяется по формуле

где I_2изм и I_1изм - фактические значения протекающих через реактор токов при двух его настройках, А.

6. При применении плавнорегулируемого реактора емкостный ток сети может быть определен по значению тока реактора, настроенного в резонанс с емкостью сети. Реактор тогда настроен в резонанс, когда на нейтрали сети появляется наибольшее напряжение смещения нейтрали. Емкостный ток сети определяется по формуле

(33)

где I_{р изм} - ток, протекающий через реактор при наибольшем смещении нейтрали, А;

U_{o макс} - значение наибольшего смещения нейтрали, В.

Для достижения необходимой точности измерения значение U_{o макс} должно составлять 5-15% U_ф. При необходимости несимметрия сети может быть увеличена путем подключения к одной из фаз емкости равной 0,5-1% суммарной емкости сети. В качестве такой емкости может быть использована фаза резервной кабельной линии. Длина линии должна составлять ~1% суммарной длины линий сети.

7. Определить емкостный ток в кабельной сети без дугогасящих реакторов можно с помощью создания искусственной несимметрии при подключении дополнительной емкости, например косинусного конденсатора, к одной из фаз сети. Дополнительная емкость должна составлять 10-15% суммарной емкости всех трех фаз сети.

Емкостный ток сети I_c (А) определяется по формуле

где С - дополнительная емкость, мкф;

U_нс.и - напряжение несимметрии при подключении дополнительной емкости, кВ.

При отсутствии или недоступности нейтрали сети определение емкостного тока можно выполнить расчетом по формуле

где U_1ф и U_2ф - напряжения какой-либо фазы сети относительно земли до и после подключения дополнительной емкости, измеренное на вторичной стороне трансформатора напряжения контроля изоляции, В;

U_1л и U_2л - линейные напряжения сети до и после подключения дополнительной емкости, В.

Эта формула применима как в кабельной, так и в воздушной сети.

8. Схема измерения значений емкостного тока сети и тока дугогасящего реактора методом искусственного смещения нейтрали от дополнительного источника напряжения приведена на рис. 12.

Значение напряжения постороннего источника рекомендуется выбирать равным примерно 30% фазного напряжения для воздушной сети и примерно 10% для кабельной сети.

Номинальный ток источника должен быть больше емкостного тока сети, умноженного на отношение напряжения источника к фазному напряжению сети, т.е.

(36)

Подаваемое на нейтраль напряжение должно быть в противофазе с одним из фазных напряжений сети.

Трансформаторы тока ТА1 и ТА2 могут быть любого номинального напряжения, трансформатор тока ТА3 в нейтрали силового трансформатора должен быть рассчитан на полное рабочее напряжение сети.

Если во время измерений в сети возникнет замыкание на землю, через источник постороннего напряжения пойдет ток

где Х_ист - сопротивление источника, Ом.

Этот ток может превышать в несколько раз ток двухфазного КЗ на выводах источника. Поэтому выключатель Q_з должен быть оборудован токовой защитой без выдержки времени.

Рис. 12. Схема измерения емкостного тока с помощью дополнительного источника напряжения
Емкостный ток сети, ток реактора и ток замыкания на землю определяются по формуле

(38)

Первые гармонические составляющие этих токов вычисляются по показаниям ваттметра и подведенному к нему напряжению

где К_т - коэффициент трансформации соответствующего трансформатора тока.

При использовании данного метода определения значения емкостного тока сети дополнительный источник напряжения может включаться также последовательно с обмоткой дугогасящего реактора.

В этом случае должна быть предусмотрена защита, действующая при замыкании на землю в сети на отключение дополнительного источника и на включение выключателя, имитирующего включенную последовательно с дугогасящим реактором обмотку дополнительного источника.

9. Схема измерения значения емкостного тока сети методом искусственного замыкания фазы сети на землю приведена на рис. 13.

Для замыкания на землю используется выключатель резервной ячейки (Q_з). С двух полюсов этого выключателя (например В и С) со стороны питания снимается ошиновка, все три полюса соединяются последовательно с помощью закоротки. Закоротка должна быть рассчитана на ток КЗ.

Защита выключателя Q_з (токовая отсечка) выставляется на ток срабатывания, равный пятикратному значению емкостного тока сети.

Для измерения тока замыкания на землю в цепи выключателя Q_з устанавливается трансформатор тока ТА2. Класс точности трансформатора тока должен быть не ниже 1,0. Его номинальное напряжение может быть любым. Сопротивление вторичных цепей не должно превышать значение, допустимое для работы трансформатора тока в классе точности 1,0.

Первая гармоническая составляющая, реактивная и активная составляющие тока замыкания на землю, емкостного тока сети, тока реактора определяются по показаниям ваттметра PW при поочередном подведении к нему напряжения между не замкнутыми на землю фазами U_ВС и напряжения 3U₀ от трансформатора напряжения.

Реактивная I_р и активная I_а составляющие определяются по формуле

(40)

где К_т - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Эквивалентное действующее значение токов высших гармонических составляющих в токе замыкания на землю определяется по формуле

(41)

где I_изм - полный ток замыкания на землю, измеренный амперметром.

При необходимости может быть выполнено осциллографирование тока замыкания на землю.

Если при измерениях частота напряжения f не была равна 50 Гц, действительные значения токов компенсации и емкостного тока сети должны быть приведены к частоте 50 Гц по формулам

где - токи, измеренные при частоте f.

Переключатель тока SA должен быть устроен так, чтобы при включении токовой обмотки ваттметра и амперметра в цепь одного трансформатора тока второй трансформатор тока закорачивался. При наличии двух комплектов приборов переключатель тока не требуется.

Количество замыканий на землю при проведении измерений должно быть минимальным. Измерения тока реакторов производятся одновременно с измерением тока замыкания на землю. В конце испытаний для контроля результатов измерений целесообразно измерить полный емкостный ток сети при отключенных дугогасящих реакторах.

2. ЧЕРНИКОВ А.А. Компенсация емкостных токов в сетях с незаземленной нейтралью. - М.: Энергия, 1974.

3. МАВРИЦЫН A.M., ПЕТРОВ О.А. Электроснабжение угольных разрезов. - М.: Недра, 1977.

4. ЧАДОВ Г.Е. Определение емкостного тока в компенсированных сетях 6-35 кВ. - Энергетик, 1984, № 7.

2. Выбор подстанций для установки дугогасящих реакторов

3. Выбор мощности дугогасящих реакторов и трансформаторов для их подключения

4. Схемы включения дугогасящих реакторов

5. Настройка и эксплуатация дугогасящих реакторов

6. Указание мер безопасности

Приложение 1. Основные определения, используемые при характеристике сетей с компенсацией емкостного тока

Приложение 2. Технические характеристики дугогасящих реакторов

Приложение 3. Емкостные токи замыкания на землю и степень несимметрии емкостей фаз относительно земли

Приложение 4. Трансформаторы для подключения реакторов

Приложение 5. Рекомендуемые схемы сигнализации и контроля работы дугогасящих реакторов и трехфазных дугогасящих устройств

Приложение 6. Пример расчета напряжения несимметрии сети и выравнивания емкостей фаз

Приложение 7. Расчет зависимости степени смещения нейтрали от степени однофазной несимметрии в сети с недокомпенсацией емкостного тока

Приложение 8. Методы измерений напряжений несимметрии, смещения нейтрали и определения емкостного тока замыкания на землю