Статьи


Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Автор(ы): А.В. Остапчук

Публикация: НГУ

Язык: Русский

Анотация:

Как было отмечено ранее [1], составляющие высших гармоник в токе замыкания на землю при определенных условиях имеют значительную величину. Целью данной статьи является оценка этих величин для определения уровня высших гармоник и выполнения мероприятий по ограничению или использованию их для устройств релейной защиты. За счет искажения формы кривой фазного напряжения при однофазном замыкании на землю через место повреждения будут протекать токи высших гармоник, как правило, нечетных. Составим схему замещения сети с компенсированной нейтралью учитывая, что в токе замыкания не содержится реактивная составляющая. Схема замещения изображена на рисунке

Схема замещения для расчета тока однофазного замыкания </p>
<p>в компенсированной сети

Рис.1. Схема замещения для расчета тока однофазного замыкания

в компенсированной сети

При известной величине емкостного тока замыкания на землю

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

можно определить

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания ,

откуда

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Таким образом, по известному гармоническому составу фазного напряжения можно определить гармонические составляющие тока и наоборот. Определение гармонического состава фазного напряжения затруднительно, так как содержание высших гармоник в фазном напряжении обычно не превышает не-скольких процентов.

Определение гармонического состава тока однофазного замыкания на землю не вызывает особых затруднений и может быть выполнено разложением кривой тока в гармонический ряд.

Как показывают исследования [2] кривая тока содержит только нечетные гармоники, т.е. выполняется условие

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

поэтому коэффициенты Фурье могут быть найдены по одному полупе-риоду из следующих выражений:

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Ток замыкания на землю будет

Методики практической оценки уровня высших гармоник тока однофазного замыкания

Таким образом, по результатам испытаний, используя специальные при-боры для определения гармонических составляющих, или из осциллограммы тока в точке замыкания на землю можно определить составляющие токов от-дельных гармоник, что позволяет оценить возможности использования различ-ных устройств защиты от однофазных замыканий на землю, а также гармони-ческий состав фазного напряжения.

Ограничением в изложенном выше методе является проведение экспери-ментальных замеров и их сложной технической реализации. Поэтому альтерна-тивой при решении данных вопросов является математическое моделирование. В последнее время получили значительное развитие методы непосредственного расчета установившегося несимметричного режима, основанные на известных методах расчета режимов на основной частоте [3], адаптированных к необхо-димости в данном случае иметь совокупность решений на всех учитываемых высших гармониках. Для использования этих методов необходимо корректно задавать в узлах электрической сети с нелинейными элементами векторы выс-ших гармоник токов, генерируемых этими элементами.

В связи с широким применением ЭВМ для расчета несимметричных ре-жимов, все большую популярность набирает метод гармонического баланса [4-5], обеспечивающий учет взаимовлияния нелинейных элементов и питающей сети, а также позволяющий предельно упростить учет частотных зависимостей параметров элементов электрической сети. Общая идея этого метода состоит в представлении всех переменных нелинейных дифференциальных уравнений усеченными рядами Фурье и подстановке их в исходные дифференциальные уравнения. В результате получается нелинейная система алгебраических уравнений относительно компонентов векторов гармоник исходных переменных, которая решается итерационным способом. Этот метод, как показала практика, эффективен в тех случаях, когда временные зависимости режимных величин могут быть аппроксимированы сравнительно небольшим числом гармоник. Важным практическим применением является, в частности, использование однофазного источника гармоник для определения частотных свойств контуров однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

В последние время ведется работы по ограничению или компенсации гармонических составляющих тока однофазного замыкания на землю. И не всегда данные мероприятия выполняются с должным технико-экономическим обоснованием. Желательно чтобы в нормах была обоснована величина тока гармонической составляющей, при которой рекомендуется (или) допускается установка специальных компенсирующих устройств. При применении метода гармонического баланса достигается высокая эффективность в расчете уровня гармоник и исследования характера их протекания. Что позволяет сделать вы-воды для каждого конкретного случая.


Выводы

1. Рассмотренные методы оценки уровня высших гармоник в токе замыкания достаточно точны, однако трудоемкие и дорогостоящие, так как требуют практических замеров в реальных сетях с использованием специального оборудования;

2. Перспективным для использования в данном направлении является применение метода гармонического баланса, позволяющего выявить уровень гармоник с применением математического моделирования, с достаточно высокой точностью.

3. При выполнении мероприятий по снижению уровня высших гармоник в токе однофазного замыкания на землю нужно рассматривать конкретно каждый случай, исходя из технико-экономических соображений.


Список литературы

1. Остапчук А.В. О влиянии высших гармоник тока однофазного замыкания на характер протекания процесса //Сборник научных трудов НГУ №15, Том 2. Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. С. 232-236

2. Аррилага Дж., Бредли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. – М.: Энергоатомиздат. 1990

3. Андреюк В.А., Сказываемая Н.С. Метод расчета на ЭВМ установившихся режимов энергосистем. – Тр. НИИПТ. – Л.: Энергоатомиздат. 1980.

4. Глухивский Л.И. Расчет периодических процессов электротехнических устройств (дифференциальный гармонический метод). – Львов: Высшая школа, 1984.

5. Картасиди Н.Ю. Разработка алгоритмов расчета несинусоидального режима при учете взаимовлияния нелинейной нагрузки и электрической сети по методу гармонического баланса: Автореф. дис. … канд. тех. наук – С.Петербург, 1993


Рекомендуем
Cоздание математической модели для сети 6-10 кВ

Постановка задачи и анализ последних исследований. Однофазные замыкания на землю являются самым распространённым видом повреждения в электрических сетях среднего класса напряжения (в пределах до 85-90% от общего числа нарушений нормальной работы сетей в зависимости от их назначения и конструк-ти...

Итогом работы двух предыдущих конференций по ограничению перенапряжений и режимам заземления нейтрали сетей 6–35 кВ [1, 2] явилось положение новой редакции главы 1.2 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) [3], где сказано: «1.2.16. Работа электрических сетей напряжением 2–35 кВ может предусматр...

Аварийные токи при обрыве фазного провода воздушной ЛЭП

Обрыв провода одной из фаз воздушной ЛЭП в карьерных распредели-тельных сетях составляет около 10% от всех видов повреждений. Степень опасности названного аварийного режима характеризуется переходом аварийного режима в однофазное замыкание на землю при касании оборванного провода земли. При этом,...

Система автоматического управления  дугогасящим реактором

В настоящее время электрические сети напряжением 6-10 кВ нуждаются в эффективных средствах защиты от замыканий на землю. Один из методов локализаций аварий подобного типа – использование дугогасящих реакторов (ДГР), настроенных в резонанс с емкостью сети. Как показывает практика, в процессе работ...

Высоко частотный резонанс в системах электроснабжения шахт и карьеров при дуговых замыканиях на землю

Опыт эксплуатации распределительных сетей 6…10 кВ шахт и карьеров свидетельствует о большой повреждаемости электрооборудования. Особенно это касается электродвигателей, имеющих, как известно, меньшие конструктивные запасы электрической прочности. Одной из главных причин отказов электрооборудовани...


Чтобы иметь возможность добавлять комментарии необходимо авторизоватся

Помощь

Вверх