(Компенсированной) нейтралью

Цель работы – определение токов и напряжений при различных видах повреждений в сети с изолированной нейтралью; исследование способа уменьшения (компенсации) емкостного тока замыкания на землю.

Основные теоретические положения

При несимметричных повреждениях в трехфазной системе нельзя рассматривать процесс только в одной фазе, поскольку явления, происходящие в разных фазах, различны.

Для расчетов несимметричных режимов применяется метод симмет­ричных составляющих. Суть метода заключается в том, что любую несимметричную систему трех векторов (тока, напряжения) всегда можно разложить (рис. 3.5.10) на три симметричные системы (последовательности) – прямую, обратную и нуле­вую.

Система прямой последовательности состоит из трех равных векторов А₁, В₁, С₁, сдви­нутых по фазе на угол 120 с тем же по­рядком чередования векторов, что и в несимметричной системе.

Система обратной последовательности состоит также из трех равных между собой векторов А₂, В₂, С₂, сдвинутых по фазе на угол 120, но с обратным порядком чередования векторов, чем в несимметричной системе.

Система нулевой последовательности состоит из трех одина­ковых векторов А₀, В₀, С₀, совпадающих но направлению друг с другом.

Связь между векторами А, В, С несимметричной системы и векторами А₁, А₂, А₀ симметричных систем определяется матричными соотношениями

, ,

где а – оператор поворота вектора на 120.

Порядок расчета несимметричных КЗ методом симметричных составляющих основан на замене расчета токов в одной несимметричной схеме расчетом токов в трех симметричных схемах, в каждой из которых действуют независимые друг от друга симметричные системы ЭДС, токов и напряжений. Это позволяет применять при расчетах принцип наложения и находить реальные токи несимметричной трехфазной схемы как сумму токов в трех независимых друг от друга симметричных трехфазных схемах.

а) б) с) д)

Рис. 3.5.10. Несимметричная трехфазная система векторов А, В, С (а) и ее

представление прямой А₁, В₁, С₁ (б), обратной А₂, В₂, С₂ (с) и

нулевой А₀, В₀, С₀ (д) последовательностями

Виртуальное моделирование электрических схем позволяет определять токи и напряжения в точке несимметричного КЗ непосредственно по показаниям виртуальных измерительных приборов.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании одной фазы на землю короткозамкнутый контур не образуется и тока КЗ не будет. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью называется просто замыканием, а не коротким замыканием.

При замыкании на землю через место повреждения протекает емкостной ток, обусловленный емкостными проводимостями С оборудования сети. Величина этого тока

I_c=3U_фC,

где U_ф – фазное напряжение источника питания;

С – емкость между фазой и землей

=2f =314.

При значительном токе замыкания на землю в месте повреждения возникает перемежающая дуга, вызывающая опасные для изоляции перенапряжения и возможность перехода повреждения в двух- или трехфазное КЗ.

Ток замыкания на землю может быть уменьшен (скомпенсирован) с помощью реактора L, включенного в нейтраль источника. Индуктивность реактора рассчитывается по формуле

L=.

В соответствии с ПУЭ компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока:

- в сетях 6 кВ – более 30 А;

- в сетях 10 кВ – более 20 А;

- в сетях 35 кВ – более 10 А.

Электрические сети с реакторами в нейтралях источников называются сетями с компенсированной нейтралью.

Описание виртуальной модели

Электрическая схема (рис. 3.5.11) включает в себя источник питания с напряжением U, работающий на линию электропередачи W с сопротивлением R и индуктивностью L. Суммарная емкостная проводимость всех линий, питающихся от источника, моделируется конденсаторами С1, С2, С3.

Нейтраль источника может быть:

- изолированной (ключ К5 разомкнут);

- заземленной через реактор L4 (ключ К5 замкнут).

На линии электропередачи W с помощью ключей К1, К2, К3, К4 могут моделироваться различного вида повреждения:

- трехфазное КЗ;

- двухфазное КЗ;

- двухфазное КЗ на землю;

- однофазное замыкание на землю.

Токи замыканий измеряются мультиметрами ХММ1, ХММ2, ХММ3, работающими в режиме амперметра (А). Фазные напряжения измеряются мультиметрами ХММ4, ХММ5, ХММ6, работающими в режиме вольтметра (V). Мультиметр ХММ7, работающий в режиме вольтметра (V), измеряет напряжение на нейтрали источника питания.

Порядок выполнения работы

1. Установить на виртуальной схеме параметры U, R, L, C в соответствии с табл. 3.5.9. Алгоритм изменения параметров схемы приведен в работе №1. Напомним, что в программе Multisim устанавливается фазное, а не линейное напряжение трехфазного источника, указанное в таблице исходных данных.

Таблица 3.5.9