Дуговые перенапряжения в судовых электросистемах с различными режимами нейтрали

Размещено на http://www.allbest.ru/

дуговые перенапряжения в судовых электросистемах с различными режимами нейтрали

В.А. Благинин, В.И. Лозовенко, И.Е. Кажекин

В статье приведены результаты экспериментальных исследований дуговых перенапряжений в судовых электроэнергетических установках при различных режимах нейтрали, показана возможность одновременного улучшения всех показателей, связанных с контуром нулевой последовательности.

судовые электросети, режим нейтрали, дуговые перенапряжения, однофазные замыкания, токи замыканий на корпус.

дуговое перенапряжение нейтраль электроэнергетический

In article results of experimental researches arc overvoltage in ship electropower installations are described at different modes of a neutral, the opportunity of simultaneous improvement of all parameters connected with a contour of zero sequence is shown.

Введение

Исследования, проведенные в последние годы на кафедре ЭС и Э ФГОУ ВПО «КГТУ» по заказам Российского морского регистра судоходства и Российского речного регистра, показали недостаточную безопасность судовых электросетей с изолированной нейтралью при достижении их фазными емкостями величин, характерных для наиболее электроэнерговооруженных судов. Известно, что в сетях с таким режимом нейтрали величина тока однофазного замыкания пропорциональна фазной емкости. При этом можно считать вполне доказанным связь этого тока с опасностью возникновения различных негативных явлений на судах, например, пожаров. Поэтому возникает необходимость ограничения токов однофазных замыканий в сетях с повышенными фазными емкостями, что, как известно, достигается изменением режима нейтрали. При этом выбор режима нейтрали должен быть направлен в первую очередь на ограничение основных показателей, определяющих важнейшие эксплуатационные свойства судовых электросетей. Такими показателями являются, прежде всего, токи однофазных замыканий на корпус и максимальные величины дуговых перенапряжений.

Если влияние режима нейтрали на токи однофазных замыканий изучено достаточно хорошо [1, 2], то его связь с дуговыми перенапряжениями и их влияние на низковольтную изоляцию электрооборудования в судовых сетях исследованы пока крайне мало. Известные теории дуговых перенапряжений (Петерсена, Петерса и Слепяна, Белякова) разработаны лишь для сетей средних классов напряжений с изолированной нейтралью. Аналитически оценить влияние режима нейтрали на величину перенапряжений по этим теориям затруднительно, а имеющиеся результаты наблюдений [2] относятся только к сетям средних классов напряжения. В связи с этим возникает необходимость проведения экспериментальных исследований дуговых перенапряжений в низковольтных электросетях.

Методика экспериментов

Исследования проводились на физической модели судовой электросистемы, схема которой показана на рис. 1. Однофазные замыкания создавались в виде неустойчивого контакта между поврежденным кабелем и корпусом судна, при этом осциллографом регистрировалась величина напряжения смещения нейтрали по постоянному потенциалу.

Е_А, Е_В, Е_С - фазные ЭДС трехфазного генератора; С_Р - емкости разделительных конденсаторов; С_А, С_В, С_С -фазные емкости сети, r_K, L_K - параметры устройства заземления нейтрали

Рис.1. Схема экспериментальной установки

Выбор в качестве регистрируемой величины напряжения смещения нейтрали обусловлен тем, что эта величина, согласно упомянутым выше теориям, позволяет рассчитать перенапряжения на здоровых фазах u_ПЕР, которое определяется по формуле (1) [3].

, (1)

где u_K - конечное напряжение на фазах при повторном зажигании дуги;

u_H - начальное напряжение на фазах при повторном зажигании дуги; (1-d) - коэффициент затухания высокочастотных колебаний.

В выражении (1) конечное напряжение на фазе после замыкания становится равным линейному, а кривая напряжения до повторного зажигания определяется как сумма ЭДС источника в момент замыкания и напряжения смещения нейтрали. Как видно, величина перенапряжений линейно зависит от напряжения смещения нейтрали. К тому же, учитывая, что напряжение на нейтрали почти не изменяется за период между гашением и повторным зажиганием дуги, можно сделать вывод, что оно является наиболее удобной величиной для измерений.

Результаты регистраций перенапряжений

На рис. 2 показаны результаты экспериментальных исследований. Каждая точка на нем является максимальным значением из 500 зарегистрированных. Всего было проведено около 55 тысяч измерений напряжения смещения нейтрали для различных режимов нейтрали.

Из рис. 2 видно, что наименьшие кратности напряжения смещения нейтрали достигаются при резистированной и комбинированной нейтралях. К тому же использование комбинированной нейтрали позволяет помимо ограничения перенапряжений снизить токи однофазных замыканий в сетях с повышенными емкостями.

1 - изолированная нейтраль; 2 - резонансно заземленная нейтраль; 3 - комбинированная нейтраль; 4 - резистированная нейтраль

Рис. 2. Зависимость максимального значения смещения нейтрали по постоянному потенциалу от величины фазной емкости сети при различных режимах нейтрали

1 - изолированная нейтраль; 2 - резонансно заземленная нейтраль; 3 - комбинированная нейтраль; 4 - резистированная нейтраль

Рис. 3. Зависимость тока однофазного замыкания на корпус от величины фазной емкости сети при различных режимах нейтрали

Влияние фазной емкости на величину этих токов показано на рис. 3.

Зависимости, представленные на рис. 3, показывают, что использование комбинированной нейтрали приводит лишь к незначительному увеличению тока однофазного замыкания на корпус по сравнению с аналогичным током в режиме резонансно-заземленной нейтрали. Таким образом, результаты исследований выявили, что с помощью режима нейтрали можно не только управлять величиной токов однофазных замыканий и уменьшать их до безопасных значений, но и одновременно добиваться значительного сокращения максимальных величин дуговых перенапряжений.

Выводы

1. Проведенные экспериментальные исследования впервые показали влияние режима нейтрали в низковольтных электросетях на величину дуговых перенапряжений.

2. Экспериментально установлено, что наименьшие перенапряжения достигаются при резистированной и комбинированной нейтралях.

3. Применение комбинированной нейтрали дает возможность перейти к одновременному улучшению всех показателей сетей, определяющих их важнейшие эксплутационные свойства.

Список литературы

1. Груве В.И. Электропожаробезопасность высоковольтных судовых электроэнергетических систем / В.И. Груве, В.В. Романовский, В.М. Ушаков. - С-Пб., 2003. - 160 с.

2. Вильгейм Р. Заземление нейтрали в высоковольтных системах: пер. с англ. / Р.Вильгейм, М.Уотерс. - М.-Л., 1959. - 415 с.

3. Долгинов А.И. Перенапряжения в электрических системах / А.И. Долгинов. - М. - Л., 1962. - 512 с.

Размещено на Allbest.ru