Компенсация емкостных токов кабеля

Компенсация емкостных токов

В кабельных и разветвленных воздушных сетях емкость проводов относительно земли значительна. Напр., емкость одной фазы кабеля напряжением 1000 В по отношению к свинцовой оболочке (земле) составляет 1 мкФ на 1 км длины кабеля:

Сечение провода, кв.мм ………. 10 25 50 150 240

Емкость, мкФ/км………………..0,15 0,19 0,33 0,37 0,45

Общая схема прохождения тока при прикосновении человека к фазе А в сети с большой емкостью проводов

Чем больше емкость изоляции, тем меньше ее емкостное сопротивление. Поэтому ток, проходящий через тело человека, коснувшегося фазы А (рис.) , может быть смертельно опасным, несмотря на то, что активное сопротивление изоляции велико (Rиз ). В этом случае активной электрической проводимостью изоляции фаз можно пренебречь, а емкостная

проводимость будет равна j C, и Iчел = 3Uф/ . С увеличением емкости фаз относительно земли ток поражения возрастает (рис. , кривая 1.).

Пример.Человек прикасается к корпусу электродвигателя с поврежденной изоляцией. Емкость жил питающего кабеля относительно земли = 0,2 мкФ/км, длина сети l=1 км, Rчел=1000 Ом, номинальное напряжение Uл=380

В. Активное сопротивление жил кабеля весьма велико, поэтому активной проводимостью изоляции кабеля можно пренебречь. Ток, проходящий через

тело человека Iчел = 3*220/ где

С= *l=0,2*10 Ф. Этот ток опасен.

Если протяженность сети будет составлять 10 км, то Iчел = 3*220/

= 0,19 А=190 мА, т.е ток увеличивается почти в 5 раз и будет смертельно опасным.

Емкостный ток однофазного замыкания на землю компенсируют индуктивной катушкой, включаемой между нулевой точкой источника питания и землей (рис. ). Результирующий ток в месте замыкания равен сумме активной, емкостной и индуктивной составляющих. Когда индуктивность катушки настроена в резонанс с емкостью, индуктивная составляющая тока отстает от емкостной на 180 градусов. Практически они находятся в противофазе и взаимно исключаются.

Векторные диаграммы для трех случаев приведены на рис. (а-в):

идеальная компенсация IL=Ic, результирующий ток равен только активной составляющей: недокомпенсация IL Ic, индуктивный ток больше емкостного.

Значение тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазе сети с полной компенсацией, значительно меньше, чем в сети без

компенсации емкостной составляющей тока замыкания (кривая 2). Этот ток определяют по формуле (в случае полной компенсации):

Iчел=(Uф/Rчел)*[(gк+3gиз)/( gк+3gиз + gчел)] , где 3gиз – суммарная активная проводимость изоляции (gиз = 1/Rиз), gчел = 1/Rчел – проводимость тела человека, gк – проводимость компенсирующего устройства gк = Rка/[R ка + ( Lк) ], где Rка и Lк –активное и индуктивное сопротивления компенсирующего устройства; Lк 1/(3 С) в случае полной компенсации (без учета активных сопротивлений компенсирующего устройства и рабочего заземления); 1/(3 С) – емкостное сопротивление изоляции.

Индуктивный ток регулируют изменением числа витков компен-сирующей катушки или изменением индуктивности катушки подмагни-чивающим током, который, в свою очередь, меняется автоматически в зависимости от емкости проводов относительно земли.

Пример.Ток, проходящий через тело человека при однофазном прикосновении в сети без компенсации, достигает смертельно опасного значения 190 мА. Как изменится этот ток, если включить компенсирующее устройство с активным сопротивлением дросселя 25 Ом ( см рисунки выше).

Емкость одной жилы кабеля С=2 мкФ, Rиз , компенсация — полная.

Ток, проходящий через тело человека при полной компенсации составляет: Iчел =( 220/1000)*[(10 +0)/( 10 +0 + 10 )] = 0,02 А=20 мА.

Проводимость компенсирующего устройства определяется по формуле:

gк = 25/[25 + (1/3*2 *50*2*10 ) ] = 10 Cм.

Активной проводимостью жил кабеля можно пренебречь: gиз 0; проводимость тела человека 0,001 См. Т.о., с помощью устройства компенсации ток поражения значительно уменьшен: с 190 до 20 мА.

7. Контроль изоляции электроустановок

Задача профилактики изоляции.Профилактикой изоляции наз. система мероприятий, направленных на обеспечение ее надежной работы.

Необходимо исключить механические повреждения, увлажнение, хим воздействие, запыление, перегревы. Даже в нормальных условиях изоляция постепенно теряет свои первоначальные свойства, стареет. С течением времени развиваются местные дефекты. Сопр. изол. начинает резко уменьшаться, а ток утечки непропорционально растет. В месте дефектов появляются частичные разряды тока. Изоляция выгорает. Происходит пробой изоляции, в результате возникает КЗ, которое может привести к пожару или поражению людей током.

Чтобы поддержать диэл. свойства изоляции, необходимо систематиче- ски выполнять профилактические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее.

Измерение мегаомметром.Периодически в установленные сроки проверяют соответствие сопротивления изоляции норме.

При обнаружении дефектов изоляции, а также после монтажа сети или ее ремонта на отдельных участках отключенной сети между каждым проводом и землей или между проводами разных фаз проводят измерения. При этом в силовых цепях отключают электроприемники, аппараты, приборы; в осветительных – вывинчивают лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

Перед началом измерения необходимо убедиться в том, что на исследуемом участке сети (между двумя предохранителями или за последним предохранителем) или оборудовании никто ьне работает и оно отключено со всех сторон. Кабели, электрические машины, шины, воздушные линии (ВЛ), конденсаторы «разряжают на землю», т.е. касаются заземленным проводом токопроводящих частей каждой фазы, снимая остаточный емкостный заряд. Значение измеренного сопротивление должно быть не менее нормы, указанной в ПУЭ.

Для измерения используют прибор – мегаомметр на напряжения 500, 1000, 2500 В с пределами измерения 0-100, 0-1000, 0-10000 Мом. Прибор имеет три зажима: Л – линия, З (земля), Э (экран). Если сопротивление изоляции измеряют относительно земли, зажимы Л и З присоединяют соответственно к объекту – заземлителю заземленной им части, затем – к проводу (рис а). При замере сопротивления изоляции между фазами (рис. б) оба зажима присоединяют к этим фазам В тех случаях, когда результат испытаний может быть искажен поверхностными токами по изоляции, на нее накладывают охранный электрод, который присоединяют к зажиму Э.

Схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля мегаомметром между проводом и землей (а) и между проводами двух фаз (б)

Измерения на отдельных участках не позволяют судить об исправности изоляции всей сети, в том числе и потребителей тока. Для этого измеряют сопротивление изоляции всей сети, включая источник и потребителей тока.

Результат измерения сравнивают с предыдущим. Если результаты ряда измерений совпадают, значит, изоляция исправна; резкое изменение сопротивления изоляции по сравнению с предыдущим измерением указывает на появление в ней дефектов. В электроустановках напряжением до 1000 В эти измерения производят под рабочим напряжением (рис.а) Сопротивления изоляции фаз параллельны, поэтому прибор покажет их эквивалентное сопротивление (рис. б). Достоинством способа является то, что измеренное

сопротивление изоляции соответствует ее действительному состоянию под рабочим напряжением.

Испытание изоляции повышенным напряжением.Этот метод наи-более эффективен для выявления местных дефектов изоляции и определения ее прочности, т.е. способности длительно выдерживать рабочее напряжение.

Электрические машины и аппараты испытывают током промышленной частоты, как правило, в течение 1 мин. Дальнейшее воздействие тока может повлиять на качество изоляции. Значение испытательного напряжения нормируется в зависимости от номинального напряжения Uном эл установки и вида изоляции. Так, обмотку статоров эл двигателей мощностью Р

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 7567 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Расчет емкостного тока сети

В электротехнике существует такое понятие как емкостный ток, более известный в качестве емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях. Данное явление возникает при повреждении фазы, в результате чего возникает так называемая заземляющая дуга. Для того чтобы избежать серьезных негативных последствий, необходимо своевременно и правильно выполнять расчет емкостного тока сети. Это позволит уменьшить перенапряжение в случае повторного зажигания дуги и создаст условия для ее самостоятельного угасания.

Что такое емкостный ток

Емкостный ток возникает как правило на линиях с большой протяженностью. В этом случае земля и проводники работают аналогично обкладкам конденсатора, способствуя появлению определенной емкости. Поскольку напряжение в ЛЭП обладает переменными характеристиками, это может послужить толчком к его появлению. В кабельных линиях, напряжением 6-10 киловольт, его значение может составить 8-10 ампер на 1 км протяженности.

В случае отключения линии, находящейся в ненагруженном состоянии, величина емкостного тока может достигнуть нескольких десятков и даже сотен ампер. В процессе отключения, когда наступает момент перехода тока через нулевое значение, напряжение на расходящихся контактах будет отсутствовать. Однако, в следующий момент вполне возможно образование электрической дуги.

Если значение емкостного тока не превышает 30 ампер, это не приводит к каким-либо серьезным повреждениям оборудования в зоне опасных перенапряжений и замыканий на землю. Электрическая дуга, появляющаяся на месте повреждения, достаточно быстро гаснет с одновременным появлением устойчивого замыкания на землю. Все изменения емкостного тока происходят вдоль электрической линии, в направлении от конца к началу. Величина этих изменений будет пропорциональна длине линии.

Для того чтобы уменьшить ток замыкания на землю, в сетях, напряжением от 6 до 35 киловольт, осуществляется компенсация емкостного тока. Это позволяет снизить скорость восстановления напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги. Кроме того, снижаются перенапряжения в случае повторных зажиганий дуги. Компенсация выполняется с применением дугогасящих заземляющих реакторов, имеющих плавную или ступенчатую регулировку индуктивности.

Настройка дугогасящих реакторов выполняется в соответствии с током компенсации, величина которого равна емкостному току замыкания на землю. При настройке допускается использование параметров излишней компенсации, когда индуктивная составляющая тока будет не более 5 ампер, а степень отклонения от основной настройки – 5%.

Выполнение настройки с недостаточной компенсацией допустимо лишь в том случае, когда мощность дугогасящего реактора является недостаточной. Степень расстройки в этом случае не должна превышать 5%. Главным условием такой настройки служит отсутствие напряжения смещения нейтрали, которое может возникнуть при несимметричных емкостях фаз электрической сети – при обрыве проводов, растяжке жил кабеля и т.д.

Для того чтобы заранее предупредить возникновение аварийных ситуаций и принять соответствующие меры, необходимо рассчитать емкостный ток на определенном участке. Существуют специальные методики, позволяющие получить точные результаты.

Пример расчета емкостного тока сети

Значение емкостного тока, возникающего в процессе замыкания фазы на землю, определяется лишь величиной емкостного сопротивления сети. По сравнению с индуктивными и активными сопротивлениями, емкостное сопротивление обладает более высокими показателями. Поэтому первые два вида сопротивлений при расчетах не учитываются.

Образование емкостного тока удобнее всего рассматривать на примере трехфазной сети, где в фазе А произошло обычное замыкание. В этом случае величина токов в остальных фазах В и С рассчитывается с помощью следующих формул:

Модули токов в этих фазах I_в и I_с, учитывая определенные допущения С = С_А = С_В = С_С и U = U_А = U_В = U_С можно вычислить при помощи еще одной формулы: Значение тока в земле состоит из геометрической суммы токов фаз В и С. Формула целиком будет выглядеть следующим образом: При проведении практических расчетов величина тока замыкания на землю может быть определена приблизительно по формуле: , где U_ср.ном. – является фазным средненоминальным напряжением ступени, N – коэффициент, а l представляет собой суммарную длину воздушных и кабельных линий, имеющих электрическую связь с точкой замыкания на землю (км). Оценка, полученная с помощью такого расчета, указывает на независимость величины тока от места замыкания. Данная величина определяется общей протяженностью всех линий сети.

Как компенсировать емкостные токи замыкания на землю

Работа электрических сетей, напряжением от 6 до 10 киловольт, осуществляется с изолированной или заземленной нейтралью, в зависимости от силы тока замыкания на землю. Во всех случаях в схему включаются дугогасящие катушки. Нейтраль заземляется с помощью дугогасящих катушек, для того чтобы компенсировать токи замыкания на землю. Когда возникает однофазное замыкание на землю, работа всех электроприемников продолжается в нормальном режиме, а электроснабжение потребителей не прерывается.

Значительная протяженность городских кабельных сетей приводит к образованию в них большой емкости, поскольку каждый кабель является своеобразным конденсатором. В результате, однофазное замыкание в подобных сетях, может привести к увеличению тока на месте повреждения до нескольких десятков, а в некоторых случаях – и сотен ампер. Воздействие этих токов приводит к быстрому разрушению изоляции кабеля. Из-за этого, в дальнейшем, однофазное замыкание становится двух- или трехфазным, вызывая отключение участка и прерывая электроснабжение потребителей. В самом начале возникает неустойчивая дуга, постепенно превращающаяся в постоянное замыкание на землю.

Когда ток переходит через нулевое значение, дуга сначала пропадает, а затем появляется вновь. Одновременно на неповрежденных фазах возникает повышение напряжения, которое может привести к нарушению изоляции на других участках. Для погашения дуги в поврежденном месте, необходимо выполнить специальные мероприятия по компенсации емкостного тока. С этой целью к нулевой точке сети подключается индуктивная заземляющая дугогасящая катушка.

Схема включения дугогасящей катушки, изображенная на рисунке, состоит из заземляющего трансформатора (1), выключателя (2), сигнальной обмотки напряжения с вольтметром (3), дугогасящей катушки (4), трансформатора тока (5), амперметра (6), токового реле (7), звуковой и световой сигнализации (8).

Конструкция катушки состоит из обмотки с железным сердечником, помещенной в кожух, наполненный маслом. На главной обмотке имеются ответвления, соответствующие пяти значениям тока для возможности регулировки индуктивного тока. Один из выводов включается в нулевую точку обмотки трансформатора, соединенной звездой. В некоторых случаях может использоваться специальный заземляющий трансформатор, а соединение вывода главной обмотки осуществляется с землей.

Таким образом, для обеспечения безопасности выполняется не только расчет емкостного тока, но и проводятся мероприятия по его компенсации с помощью специальных устройств. В целом это дает хорошие результаты и обеспечивает безопасную эксплуатацию электрических сетей.

Источник