Влияние неполнофазных режимов работы, общие вопросы защиты энергосистем

Распределительные электрические сети среднего напряжения (РЭССН) 6−35 кВ являются одной из крупнейших подсистем электроэнергетического хозяйства страны. Их протяженность только в сельскохозяйственных районах превышает 2 млн. км, что составляет свыше 50% от протяженности электрических сетей всех классов напряжения. В силу ряда технико-экономических и исторических факторов они имеют относительно низкую надежность и дают свыше 60% аварийности по количеству и длительности аварий. В связи с этим проблема повышения надежности электрических сетей этих классов напряжения, особенно в сельскохозяйственных районах, имеет важное народнохозяйственное значение. От решения этой проблемы во многом зависит успешное выполнение Продовольственной программы во всех звеньях агропромышленного комплекса.

В настоящее время выполнен ряд мероприятий по повышению надежности электроснабжения потребителей. Число подстанций 35−110 кВ, имеющих два трансформатора с двухсторонним питанием, возросло в 1,5 раза и составляет 45% общего числа, а фидеров 10 кВ с резервным питанием на 30%. Осуществляются мероприятия по секционированию сетей с помощью выключателей, оборудованных устройствами АПВ, автоматических отделителей и др.

РЭССН из-за разбросанности и достаточно малой плотности нагрузки в сельскохозяйственных районах сооружаются разветвленными (с глухими ответвлениями), поэтому не удается обеспечить резервированием всех потребителей даже при двухстороннем питании.

Основными причинами снижающими надежность РЭССН являются аварийные и плановые отключения, причем 20−40% отключений вызываются неполнофазными режимами. Аварийные отключения из-за неполнофазных режимов обуславливаются обрывами проводов воздушных линий (ВЛ), перегоранием предохранителей в одной из фаз на подстанциях 35/10 и 10/0,4 кВ, недовключением одной из фаз коммутационными аппаратами, перегоранием шлейфов и др. В настоящее время установка специальных защит от неполнофазных режимов не предусматривается. Как известно, наиболее чувствительны к несимметричным режимам трехфазные электродвигатели, число которых только в сельскохозяйственном производстве превышает 12 млн. В связи с этим возникновение неполнофазных режимов в питающих линиях часто приводит к массовому выходу их из строя. Статистика показывает, что порядка 40−50% от общего числа повреждений электродвигателей происходит по причине неполнофазных режимов, а затраты на их ремонт достигают 60−80% стоимости. Поэтому ослабление влияния или ликвидация неполнофазных режимов в РЭССН с изолированной и компенсированной нейтралями является важной народнохозяйственной задачей.

Исследования показали, что наиболее эффективным путем повышения надежности электроснабжения потребителей и улучшения качества электроэнергии при неполнофазных режимах линий электропередачи (ЛЭП) является разработкам внедрение централизованных схем симметрирования, обеспечивающих нормальное электроснабжение потребителей при неполнофазных режимах РЭССН.

Задача 1.

Длительно допустимая нагрузка проводников, защищаемых предохранителем только от токов короткого замыкания 16 А. Определить максимально допустимый номинальный ток плавкой вставки.

Решение:

Если предохранитель защищает сеть только от токов КЗ, то номинальный ток плавкой вставки не должен превышать длительно допустимый ток защищаемого участка сети более, чем в 3 раза. Следовательно 16АЧ3=48А.

Задача 2.

Максимальный рабочий ток в линии (расчетный ток) 40 А, а ток кратковременной перегрузки, длящейся 5 с, 200 А. Для защиты линии используется установочный автомат А-3000. Выбрать номинальный ток расцепителя.

Решение:

Для автоматов серии А-3000 I_расц=1,25ЧI_ном, т. е. I_расц=1,25Ч40А=50А. Выбираем автомат серии А3120 с I_ном=50А. Выбираем защитную характеристику расцепителя так, чтобы его время срабатывания при токе в 200А была не менее 5 сек. Это защитная характеристика с уставкой в 20 сек, т. е. при заданных условиях автомат не сработает.

Защитные характеристики автоматических выключателей А3120, А3130, А3140.

Задача 3.

Выбрать токи срабатывания максимальных токовых защит А1… А5, установленных на линиях Л1… Л5 системы электроснабжения, указанной на рис. 1. Проверить чувствительность защит при ближнем и дальнем резервировании. Принять коэффициент отстройки, коэффициент возврата и коэффициент самозапуска. Данные о максимальных рабочих токах Iраб. max и токах короткого замыкания даны в табл. Защита выполняется по схеме неполной звезды.

Рисунок 1. Электрическая сеть напряжением 35 кВ Таблица 1.

Решение:

1. Определим максимальные рабочие токи в линиях Л1… Л5 Iрабmax1… Iрабmax5. Соответственно Iрабmах5 складывается из максимальных рабочих токов линий XI и XII, т. е.

I_рабmах5 =24 А.

Очевидно:

I_рабmах4=I_рабmах5 +I_{рабmаx (IX+X)} =24+78=102 А;

I_рабmах3 =I_{рабmах ((VII++VIII}))=34 А;

I_рабmах2 = I_рабmах3 +I_{рабmах ((V++VI))} =34+80=114 А;

I_рабmах1 = I_рабmах2+ I_рабmах4 +I_рабmах(_III++IV))=114+102+37=253 А.

2. Найдем токи срабатывания защит по формуле.

А.

Для защиты А1:

= 1,2 Ч1Ч 253 /0,85 = 357 А.

Аналогично определяются токи срабатывания других защит.

=160 А; =48 А; =143 А; =34 А.

3. Оценим чувствительность защит при ближнем и дальнем резервировании по значению коэффициента чувствительности:

.

Для схемы неполной звезды коэффициенты схемы не зависят от вида повреждения, т. е.

.

В связи с этим для защиты А1:

— при ближнем резервировании (КЗ на шинах подстанции Б).

k_ч = 850/375 = 2,27;

— при дальнем резервировании (КЗ в конце линии III).

k_ч = 470 /375 =1,25.

Требуется не менее 1,5 и 1,2 соответственно. Аналогично определяются коэффициенты чувствительности защит А2… А5. значения их указаны в таблице.