ИСКАЖЕНИЕ ФАЗОВЫХ УГЛОВ МЕЖДУ I 0( t) И U 0( t) В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 20Следующая ⇒

Из рис. 1, 2 видно, что при перемежающейся дуге ток может прерываться и снова начинать течь по несколько раз за период промышленной частоты. Моменты «зажигания» и погасания дуги являются случайными величинами, что, в частности, и является причиной появления в токе интергармоник. Кроме того, в переходных процессах, связанных с зажиганием и погасанием дуги, искажаются фазовые соотношения между величинами I₀(t) и U₀(t).

Пример 1.

На рис. 4 приведены осциллограммы напряжения U₀(t) (кривая с большей амплитудой) и тока I₀(t) в режиме дугового ОЗЗ в резистивно-заземленной сети, полученные на модели. Осциллограммы построены для случая, когда суммарный ток через заземляющие резисторы в сети равнялся примерно 70% от емкостного тока. Дугогасящий реактор отсутствовал.
Видна интересная особенность процесса ОЗЗ, связанная с взаимным отношением мгновенных значений величин тока I₀(t) и напряжения U₀(t). Иногда при обсуждении процессов, возникающих в сети при ОЗЗ, звучит не совсем верное утверждение о том, что при отсутствии тока I0(t) не должно быть и напряжения U₀(t). Это справедливо перед возникновением ОЗЗ, когда сеть работает в симметричном режиме и смещение нейтрали отсутствует. В процессе же ОЗЗ это условие не выполняется.
На рис. 4 видно, что «впервые» ток I₀(t) и напряжение U₀(t) действительно появляются в один и тот же момент времени (при появления замыкания на землю). В этот момент угловой сдвиг между ними отсутствует. Через некоторое время процесс стабилизируется и угол между напряжением U₀(t) и соответствующим током I₀(t) (например, измеренный по моментам перехода этих величин через ноль) становится постоянным. Если измерить фазовый угол между первыми гармониками сигналов I₀(t) и U₀(t), то за счет описанного выше он несколько приблизится к нулю. Степень влияния описанного эффекта на фазовый угол между входными сигналами направленной защиты от ОЗЗ будет, в частности, зависеть от длительности промежутка времени, в течение которого дуга не гасла.
Однако теперь при погасании дуги (ток на осциллограмме в течение определенного промежутка времени равен нулю) напряжение U₀(t) нулю не равно. Это и понятно: емкость поврежденной фазы не успевает зарядиться до фазного напряжения и нейтраль сети еще некоторое время остается смещенной.

Пример 2.

Особенно отчетливо это видно на рис. 5, где приведены осциллограммы напряжений в фазах А (U_a) и С (U_c), а также напряжения на нейтрали сети U_n в процессе отключения ОЗЗ в фазе А, полученные автором на модели для одной из реальных систем. Заземляющий резистор отсутствовал. Емкостный ток при ОЗЗ – порядка 19 А. Из рисунка видно, что после того, как ток в дуге прервался и дуга погасла, напряжение U_n(t), уменьшаясь по экспоненте, ещё длительное время продолжает существовать.
В процессе ОЗЗ напряжение на нейтрали равняется – e_a(t), где e_a(t) – ЭДС поврежденной фазы. После отключения ОЗЗ напряжение на нейтрали Un(t) по экспоненте приближается к нулю. Амплитуда напряжения U_с(t) в процессе ОЗЗ равна амплитуды фазного напряжения, угол между U_n(t) и U_с(t) равен 30 электрическим градусам. Высшие гармонические составляющие в напряжениях в рассматриваемом случае практически отсутствовали. После отключения ОЗЗ напряжение на нейтрали, не меняя своего знака, уменьшается по экспоненте:

, (1)

где U_m– напряжение на нейтрали в момент погасания дуги;

t – текущее время;
R – результирующее сопротивление активных утечек в сети и заземляющего резистора;
С – общая трехфазная емкость сети.

Повторного загорания дуги после её погасания в случае, которому соответствует рис. 5, не произошло. Максимальные значения напряжений фаз относительно земли возникают сразу же после погасания дуги и имеют отрицательный знак.
Моменты повторного пробоя промежутка и зажигания дуги – случайны, ток при этом начинает возрастать с нуля (в сторону положительного или отрицательного полупериода), но напряжение нулевой последовательности (напряжение на нейтрали) в момент пробоя уже не равно нулю. Из рис. 4 видно, что пробои (на рисунке – повторные) часто сопровождаются значительными высокочастотными составляющими токов и

иногда – напряжений (токи разряда емкости поврежденной фазы и дозаряда емкостей «здоровых» фаз). Эти «свободные» высокочастотные составляющие токов играют большую роль в процессе загорания и погасания дуги.
В большинстве направленных защит от ОЗЗ в качестве входных рабочих сигналов используются составляющие 50 Гц I0(t) и U0(t). Фазовый угол между этими сигналами зависит, в частности, от моментов зажигания и погасания дуги, а также от значений Un(t) в эти моменты времени. В результате, например, в токе I0(t) при наличии в месте ОЗЗ перемежающейся дуги имеются две основные составляющие:

вынужденная, имеющая частоту 50 Гц;
свободная, содержащая составляющие как минимум двух высоких частот (разряда и дозаряда фазных емкостей).

Поведение направленной токовой защиты от ОЗЗ определяется тем, в какой степени проявляется в выделенной в защите токовой составляющей 50 Гц сигнала I0(t) первая из указанных выше величин. Вторую, высокочастотную составляющую в токовом сигнале рассматриваемых защит следует считать «шумом», искажающим поведение защиты. Аналогична ситуация с сигналом U0(t) с той разницей, что он искажен в меньшей степени (см. рис. 1, 2).

Пример 3.

Проведенные в НГТУ магистром Касяном В.М. исследования показали, что в процессе ОЗЗ, сопровождающегося перемежающейся дугой, фазовый угол между составляющими 50 Гц I0(t) и U0(t) может существенно изменяться. На рис. 6 показана одна из таких зависимостей, полученная на основании результатов натурного эксперимента. По вертикальной оси здесь изображен фазовый угол между составляющими 50 Гц I0(t) и U0(t), поступающими на защиту, а по горизонтальной оси – время. Начальная часть зависимости на рис. 6 соответствует «металлическому» ОЗЗ, т.е. замыканию без переходного сопротивления. Затем возникла перемежающаяся дуга, и фазовый угол стал меняться случайным образом (в соответствии со случайными моментами загорания и погасания дуги). Рис. 6 соответствует промежутку времени чуть больше 0,2 секунды. В процессе ОЗЗ фазовый угол менялся в некоторых случаях на несколько десятков электрических градусов от своего начального значения, его математическое ожидание отклонялось в сторону более активных токов примерно на 15–20 градусов. Аналогична зависимость амплитуды составляющей 50 Гц токового сигнала от времени. В процессе ОЗЗ амплитуда также может существенно изменяться.

ВЫВОДЫ

Очевидно, что изучение процессов ОЗЗ, сопровождающихся перемежающейся дугой, с точки зрения поведения направленных защит ещё только начинается, предстоит провести множество экспериментов и обобщить их результаты. Однако на основании имеющихся данных можно сделать следующие выводы:

фазовый угол между составляющими 50 Гц в процессе ОЗЗ, сопровождающегося перемежающейся дугой, может изменяться в широких пределах, что существенно усложняет задачу, поставленную перед защитой;
мгновенно действующие направленные защиты, судя по результатам проведенных исследований, имеют тенденцию к неселективным срабатываниям при внешних ОЗЗ и к отказам в срабатывании при повреждениях на защищаемой линии;
на достаточно продолжительном промежутке времени (порядка нескольких десятых долей секунды) математическое ожидание этого угла для рассмотренных случаев оставалось сравнительно постоянным и отклонялось от аналогичного значения при металлическом ОЗЗ примерно на 15–20 электрических градусов в сторону более активных токов;
меняется во времени также и амплитуда входного токового сигнала защиты;
для обеспечения стабильности поведения направленных защит от ОЗЗ их рабочий сигнал должен усредняться (интегрироваться) на достаточно большом промежутке времени (порядка нескольких десятых долей секунды); при этом сама защита должна выполняться с выдержкой времени;
фазовая характеристика направленной защиты должна быть рассчитана на то, чтобы обеспечивать её селективное действие как при «металлических» ОЗЗ, так и при дуговых, сопровождающихся перемежающейся дугой.

Часть 8

Замыкания на землю в сетях 6–35 кВ
Небалансы.

Ранее были перечислены разновидности направленных защит от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в сетях 6–35 кВ, и показано, как могут изменяться основные параметры рабочих сигналов, поступающих на защиту при перемежающихся дугах. Не следует делать вывод о принципиальной неработоспособности направленных защит в режимах с перемежающимися дугами. Если рабочие сигналы интегрировать в течение нескольких десятых долей секунды и «запоминать» факт запуска защиты на время возможной бестоковой паузы, то на основе рассматриваемого принципа вполне можно построить эффективные защиты от ОЗЗ.
Это подтверждает опыт эксплуатации нескольких сотен устройств направленной токовой защиты от ОЗЗ, разработанной одним из авторов настоящей статьи и установленной в некоторых энергосистемах России. Как производственные испытания с имитацией перемежающейся дуги, так и опытная эксплуатация защит дали положительные результаты.
Международный опыт эксплуатации направленных защит линий от ОЗЗ также подтвердил их эффективность, но некоторые разновидности таких защит, по признанию самих разработчиков и изготовителей, а также по данным эксплуатации, ведут себя неудовлетворительно при ОЗЗ с перемежающимися дугами.
Простейшие разновидности направленных токовых защит от ОЗЗ эксплуатируются в России уже в течение десятков лет. Однако до сих пор отсутствуют методики расчета их уставок, что сильно усложняет труд проектантов и вызывает сомнение в возможности эффективной работы защит в первые годы после введения их в работу до тех пор, пока необходимые уставки не будут найдены опытным путем в процессе эксплуатации. Этот материал направлен на решение этого вопроса.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 172; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 15 161718 19 20 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!