Справочник строителя | Предотвращение повреждений
ПУТИ СОКРАЩЕНИЯ ДИАПАЗОНА ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Основной причиной появления недопустимых отклонений фазных напряжений является обрыв нулевого провода. Следует различать обрыв нулевого провода без короткого замыкания фазного и нулевого проводов и с коротким замыканием последних. Отклонения напряжения, возникающие при обрыве нулевого провода, имеют длительный характер и в подавляющем большинстве случаев вызывают повреждения однофазных приемников.
В сетях 0,4 кВ могут иметь место перенапряжения, обусловленные ударами молнии и попаданием напряжения выше 1 кВ в сеть до 1 кВ. Эффективными средствами защиты от таких перенапряжений являются нелинейные резисторы - варисторы и изготовленные на их основе ОПН (ограничители перенапряжений), выпускаемые электропромышленностью. ОПН широко используются в устройствах для подключения персональных компьютеров к питающей сети.
Что же касается отклонений напряжения, возникающих при обрыве нулевого провода, то эффективные средства защиты однофазных приемников от повреждения при этих отклонениях промышленностью не выпускаются. Руководящие материалы, в частности ПУЭ, предписывают для сетей напряжением до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали выполнять следующие требования:
предохранители или автоматы в фазных проводах должны отключать цепь при коротком замыкании фазного и нулевого проводов;
на линиях 0,4 кВ должны быть установлены повторные заземления с сопротивлением не выше 10 Ом.
Недопустимые отклонения фазных напряжений отсутствуют, если выполняются следующие условия:
номинальные токи предохранителей или автоматов соответствуют нагрузкам фаз;
фазные токи образуют симметричную систему (несимметрия токов отсутствует);
нулевые проводники исправны и надлежащим образом выполнены их соединения между собой, к нейтрали питающего трансформатора, к заземляющему устройству, к повторным заземлителям;
значение сопротивления основного и повторных заземлений соответствует нормам.
При обрыве нулевого провода с коротким замыканием фазного и нулевого проводов единственным средством защиты из существующих в эксплуатации является отключение цепи предохранителем или автоматом. Однако зачастую нет соответствия между токами нагрузки и номинальными токами предохранителей. Шкала номинальных токов используемых на практике предохранителей редкая: 100 А; 250 А; 400 А. Поэтому наблюдаются случаи, когда плавкая вставка предохранителя не расплавляется при коротких замыканиях на ВЛ-0,4 кВ.
В случае обрыва нулевого провода без короткого замыкания фазного и нулевого проводов, отклонения напряжения отсутствуют, если нагрузки по фазам одинаковы (фазные токи образуют симметричную систему). Очевидно, что такие условия на практике трудно осуществить.
Состояние нулевого провода зачастую неудовлетворительно. В качестве нулевого провода часто используется оболочка кабеля; допускается непосредственное соединение «медь-алюминий»; нулевой провод присоединяется под болт к незащищенному от краски элементу конструкции низковольтного шкафа; имеется некачественная скрутка в местах соединения многожильных проводов и др.
Повторные заземления на ВЛ-0,4 кВ во многих случаях отсутствуют. На железобетонных опорах, где имеется техническая возможность устройства повторных заземлений, не везде имеется соединение нулевого провода с заземляющей арматурой. Часто отсутствуют специальные устройства (заземлители) для осуществления повторного заземления.
ВЛ-0,4 кВ в ряде случаев имеют сложную древовидную структуру, причем отдельные ветви дерева выполнены проводами малого сечения. При коротком замыкании фазного и нулевого проводов такой ветви предохранитель или автомат, установленный в начале линии, не отключает линию и высока вероятность перегорания нулевого провода с появлением недопустимых отклонений фазных напряжений.
Основной причиной, вызывающей недопустимые значения отклонений фазных напряжений при обрыве нулевого провода, является неравенство (несимметрия) нагрузок по фазам. В соответствии с методом симметричных составляющих, любой несимметричный режим трехфазной цепи можно представить в виде совокупности трех симметричных режимов: прямой, обратной и нулевой последовательностей. В электрических сетях напряжением 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью при исправном нулевом проводе в общем случае существуют токи всех видов последовательностей. При оборванном нулевом проводе токи нулевой последовательности отсутствуют, поэтому некомпенсированные напряжения нулевой последовательности вызывают отклонения фазных напряжений.
Известно большое количество методов симметрирования трехфазных систем. Их подразделяют на методы внешнего и внутреннего симметрирования. Внешним симметрированием принято называть компенсацию токов обратной и (или) нулевой последовательностей с помощью дополнительных по отношению к сети специальных устройств. Внутренним симметрированием называют равномерное распределение однофазных приемников электроэнергии по фазам, осуществляемое без дополнительных по отношению к сети устройств.
Системы внешнего симметрирования базируются, в основном, на применении специальных устройств, генерирующих токи или напряжения обратной и (или) нулевой последовательностей. Наиболее простой и широко применяемой на практике является схема Штейнметца (рис. 1).
Рисунок 1. Схема Штейнметца
Непосредственное применение схемы внешнего симметрирования в городских электрических сетях нецелесообразно из-за нестабильности нагрузок по фазам. Поэтому уменьшение отклонений фазных напряжений, возникающих при обрыве нулевых проводов линий напряжением 0,4 кВ, до допустимого значения в ряде случаев осуществляется с помощью следующих устройств:
1. Стабилизаторы напряжения с пофазным регулированием.
2. Симметрирующие устройства на основе конденсаторно-вентильных схем.
3. Компенсаторы реактивной мощности на основе реакторно-вентильных схем.
В качестве стабилизаторов напряжения могут быть использованы группы однофазных трансформаторов с быстродействующими регуляторами напряжения под нагрузкой.
На рис. 2 показана схема регулятора для однофазного потребителя. В нормальном режиме включен один из электронных ключей К1-К5. При возникновении отклонения напряжения, системой управления (СУ) включается ключ, соответствующий фазному напряжению на входе потребителя, тем самым обеспечивается напряжение на заданном уровне. Недостатками способа являются значительные материальные затраты, а также невысокая надежность электронного коммутатора, особенно при коротких замыканиях у потребителя. Следует подчеркнуть, что каждый из электронных ключей должен выдерживать кратковременно ток до 2 кА, что определено стандартом на электроустановки зданий. Опыт применения таких устройств у бытовых потребителей показал крайне низкую надежность электронных ключей. А если вместо электронных ключей использовались электромеханические реле, то срок службы контактов этих реле не превышал 1-2 лет.
Рисунок 2. Однофазный регулятор напряжения
Симметрирующие устройства, выполненные на основе конденсаторно-вентильных и реакторно-вентильных схем, обладают существенными недостатками: высокая стоимость; необходимость специального автоматического регулятора. Будучи установлены на питающей подстанции, указанные устройства и при обрыве нулевого провода не смогут скомпенсировать возникающие в фазах напряжения нулевой последовательности. По существу, эти устройства должны функционировать при исправном нулевом проводе.
Для уменьшения отклонений фазных напряжений предлагается построить трехфазную четырехпроводную сеть напряжением 0,4 кВ, следующим образом (рис. 3):
соединить между собой нулевые точки обмоток низшего напряжения питающих трансформаторов смежных подстанций системы электроснабжения;
соединить между собой концы нулевых проводов смежных линий напряжением 0,4 кВ.
Рисунок 3. Однолинейная схема предлагаемой сети 0,4 кВ
Для уменьшения сопротивления нулевой последовательности силовых трансформаторов последние должны иметь схему соединения треугольник-звезда с выведенной нейтралью.
Исходя из требований надежности, целесообразно соединить нейтраль каждого трансформатора с нейтралями двух смежных. Это позволит исключить повреждение однофазных приемников при одновременном обрыве нулевых проводов на двух линиях, отходящих от смежных подстанций. Соединение нейтралей трансформаторов и нулевых проводов линий повышает безопасность обслуживания линий, т. к. при обрыве нулевого провода ни одна из его частей не оказывается под напряжением, близким к номинальному фазному.
Заменим сопротивления линий связи Wсвн1, Wсвн2, в начале линии W1, питаемой от трансформатора Т1, и в конце линии Wсвк1, Wсвк2, включая основные и повторные заземления смежных линий, питаемых от трансформаторов Т2 и ТЗ, одним эквивалентным Zсв. Тогда при обрыве нулевого провода на линии W1 можно записать
|
|
(1) |
где комплексы ЭДС фаз А, В, С; Yi - комплексы проводимостей фаз А, В, С; R3
Вернуться к списку
|
Распечатать
|
