Анализ на рудничните електрически мрежи средно напрежение с изолирана неутрала



Дата13.10.2018
Размер351 Kb.
ГОДИШНИК на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”, Том 57, Св.IІІ, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, 2014

ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 57, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2014



АНАЛИЗ НА РУДНИЧНИТЕ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ МРЕЖИ СРЕДНО НАПРЕЖЕНИЕ С ИЗОЛИРАНА НЕУТРАЛА
Владимир Перпелицев, Иван Стоилов
Минно-геоложки университет „Св. Иван Рилски”, 1700 София
РЕЗЮМЕ. Изведени са аналитични зависимости за напрежението с нулева последователност, напреженията спрямо земя и тока на земно съединение за мрежите с изолиран звезден център. За руднични мрежи с напрежение 6kV са построени графични зависимости на напрежението с нулева последователност и тока на земно съединение при различни стойности на капацитета и активната изолационна проводимост на фазите спрямо земя. Анализирани са зависимостите на тока на земно съединение от големината на преходното съпротивление към земя.
ANALYSIS OF MIDDLE VOLTAGE ELECTRICAL GRIDS WITH ISOLATED NEUTRAL GROUNDING IN MINES

Vladimir Perpelitsev, Ivan Stoilov

University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, 1700 Sofia
ABSTRACT. In the current paper are led analytic equations for voltage with zero successions, voltages compared to earth and earth fault current in grids with isolated neutral grounding. There are simulated graphical relationships between voltage with zero succession and earth fault current, at different capacities to ground and active insulation conductivity phase to ground in mine middle voltage electrical grids 6kV. In analysis is led relation between earth fault current and magnitude of transition resistance to ground.


1. Въведение
Режимът на работа с изолиран звезден център е най масово прилаганият в откритите рудници у нас. Вторичните намотки на трансформаторите 6kV, като правило, са свързани в триъгълник, поради което неутралната точка физически отсъства. Правилникът за безопасност на труда при разработване на находища по открит начин (1996) ограничава прилагането на този режим за мрежи с максимален ток на земно съединение 15А, но на практика това изискване не се спазва. Голяма част от електрическите мрежи 6-20kV в нашите минни предприя-тия работят с изолиран звезден център при капацитивен ток, значително надвишаващ регламентираните 15А.

Исторически режимът на работа с изолиран звезден център е първият, приложен в мрежите средно напреже-ние (Нанчев Н., 1955). Основните му предимства са:

- малък ток в мястото на повредата (при ниски стойности на капацитета на мрежата към земя);

- възможност за работа известно време при наличие на земно съединение в мрежата.

Правилникът за безопасността на труда при разработ-ване на находища по открит начин изисква автоматично изключване от релейната защита при възникване на земно съединение, така че второто от изброените предимства не е актуално у нас .

Недостатъците на този режим на неутралата са (Багаев В., 2009; Пенчев С., 2011):

- възможност за възникване на дъгови пренапрежения при малки токове в мястото на земно съединение;

- възможност за възникване на многоместни повреди (излизане от строя на няколко електродвигателя, кабели) при пробив в изолацията в други изводи, поради дъгови пренапрежения;

- възможност за продължително въздействие на дъговите пренапрежения върху изолацията, което води до намаляване на нейния срок на служба;

- необходимост изолацията на електрооборудването спрямо земя да бъде оразмерена за линейното напре­жение;

- възможност за възникване на късо съединение през земя и съответно големи поражение на електрооборуд-ването;

- трудно откриване на мястото на земно съединение;

- опасност от електротравми на персонала при продъл­жително съществуване на земното съединение;

- трудности при обезпечаването на правилна работа на релейната защита, тъй като реалният ток на земно съединение зависи от режима на работа на мрежата (броя на включените изводи).

Недостатъците на режима на работа с изолирана неутрала са много съществени, а предимството за възможност за работа с еднофазно земно съединение е доста спорно. Така винаги има вероятност за възникване на второ земно съединение на други изводи и съответно едновременно изключване на два кабела, два двигателя или въздушни линии.

Това е основната причина в много страни като САЩ, Канада, Англия, Австралия, Белгия, Франция, Португалия и др. да се откажат от системата с изолиран звезден център още в 50-те години на миналия век. От 2003г. в Русия за мрежите средно напрежение са разрешени всички режими на работа, освен системата с директно заземен звезден център (Сирота М., 1985 ).





Фиг. 1.


2. Аналитични зависимости
Означенията на показаната на фиг.1 мрежа с изолирана неутрала на трансформатора са, както следва:

- напрежение на неутралата ;

- напрежение на фазите спрямо земя , ,

- фазни напрежения , , ;

- активни изолационни проводимости на изолацията към земя

- капацитет на фазите спрямо земя , , ;

Несиметрията в активните изолационни проводимости се дефинира чрез въведения векторен коефициент (Стоилов И.Г., 1988):

Несиметрията на капацитетите спрямо земя се дефинира чрез векторен коефициент (Нанчев Н., 1955):



.

При теоретични изследвания, свързани с електро-безопасността, работата на защитите от зeмни съединения и особено при анализ на входните параметри на защитите е необходимо да се оцени влиянието на естествената несиметрия в мрежата (Стоилов И.,1988). Чрез коефициен­тите на несиметрия при необходимост може да се отчете влиянието на естествената несиметрия на активните изолационни проводимости и несиметрията на капацитета на фазите спрямо земя върху напрежението с нулева последователност, напреженията на фазите спрямо земя и тока на еднофазно земно съединение.

При въвеждане на означенията: - средна активна проводимост на фаза спрямо земя;

- среден капацитет на фаза спрямо земя;

- обобщен показател на изолацията спрямо земя, могат да се напишат следните зависимости:
2.1. Напрежение с нулева последователност

При еднофазно земно съединение в мрежите с изолиран звезден център върхът на вектора на , описва полуокръжност. Напрежението с нулева последователност при земно съединение през преходно съпротивление се определя с изразите:

- земно съединение във фаза А:

; (1)
- земно съединение във фаза В:

; (2)
- земно съединение във фаза C:

. (3)
2.2. Нaпрежения на фазите спрямо земя

Напреженията спрямо земя при еднофазно земно съединение се определят с уравненията:

- земно съединение във фаза А:

; (4)

; (5)

. (6)
- земно съединение във фаза В:

; (7)

; (8)

; (9)
- земно съединение във фаза C:

; (10)

; (11)

; (12)
2.3. Ток на земно съединение

Токът на земно съединение през преходна проводимост се определя с изразите:

- земно съединение във фаза А:

; (13)
- земно съединение във фаза В:

; (14)

- земно съединение във фаза С:



. (15)
3. Изследване на параметрите на мрежите в зависимост от големината на преходното съпротивление при земно съединение

Изледването е проведено при следните допускания:

- симетрия в активните и капацитивните изолационни проводимости на мрежата спрямо земя;

- изменение на стойностите на преходната проводи­мост при земно съединение от 0 до 1S (1Ω);

- линейно напрежение на изследваната мрежа - 6 kV;

- земното съединение се реализира във фаза А.

На база на изведените уравнения с помощта на програмата „MathCad” са получени следните зависимости:
3.1. Ефективна стойност на напрежението с нулева последователност във функция от преходното съпротивление при земно съединение (фиг. 2).

Възприето е изолационната проводимост на фазите спрямо земя = 0,000001S (1МΩ).

Напрежението с нулева последователност е изследвано при стойности на капацитета на фазите спрямо земя , и . Стойността на капацитета на фазите спрямо земя е получена по изчислителен път за електрическата мрежа 6kV на открития рудник „Елаците” за конфигурация на мрежата в средата на 2013 г. Тази стойност е възприета при анализирането на количествените параметри на рудничните мрежи с резизистивно заземена неутрала (Перпелицев В, Ив. Стоилов, 2013). По този начин е възможна съпоставка на изследваните параметри на двата вида заземяване на неутралата.




Фиг. 2.


От графичните зависимости, показани на фиг. 2, се вижда значителното влияние на капацитета на мрежата върху големината на напрежението с нулева последова­телност. Например, при стойност на преходната прово­димост при земно съединение от 0,001S (1000Ω) при , 723 V, при - 388 V, а при - 190V.

След стойност на = 0,001S (1000Ω) големината на напрежението рязко нараства и при =0,01S (100Ω) при - =3145 V; при -= 2580V; - = 1633 V.

След стойности на проводимостта при земно съединение = 0,01S (100Ω) разликата между напреженията започва да намалява, като при = 1S (1Ω), те са приблизително равни на фазното напрежение 3468V;
3.2. Ефективна стойност на напреженията на фазите спрямо земя във функция от преходното съпротивление при земно съединение (фиг.3).

Стойностите на капацитета на фазите спрямо земя са приети , (това е капацитетът на електрическата мрежа 6 kV рудник „Елаците“, изчислена през 2013 г.). Активната изолационна проводимост на фазите спрямо земя е приета = 0,000002S (500kΩ). На фиг. 3 са показани графичните зависимости на напреженията на фазите спрямо земя във функция от преходната проводимост в мястото на земно съединение.

Изменението на преходната проводимост при земно съединение оказва значително влияние върху напре-жението на фазите спрямо земя , ,. При малки стойности на и приетата симетрия на активните и капацитивните изолационни проводимости напреженията на фазите спрямо земя са еднакви и равни на фазните напрежения ( = = = 3468V). Забележимо влияние на напреженията спрямо земя оказват преходни проводимости на земно съединение със стойности = 0,001S (1000Ω) и по-големи. С увеличаване на преходната проводимост в мястото на земно съединение напрежени-ето на повредената фаза започва да намалява, а напреженията на здравите фази се увеличават.




Фиг. 3.


При преходна проводимост = 0,01S (100Ω), напреже-нията спрямо земя са: = 2316V, = 3888V, а 6000V. При стойност на = 1S (1Ω) (метално земно съединение) напрежението на повредената фаза = 0, а напреженията на здравите фази са равни на линейното == 6000V.

При изменение на преходната проводимост на земно съединение се забелязват екстремуми в кривите на напреженията в «здравите» фази спрямо земя. При възприетите изолационни параметри на изследваната мрежа напрежението достига минималната си стойност от 2853V при = 0,0035S (286Ω).

И от тези изследвания се потвърждава фактът, че при определени условия една от «здравите» фази има екстремум със стойност по-висока от линейните напрежения в електрическата мрежа. За конкретния случай максималната стойност напрежението е 6330V и тя се достига при = 0,0023S (44Ω).


3.2. Ефективната стойност на тока на земно съединение във функция от преходното съпротивление при земно съединение (Фиг. 4).

Активната изолационна проводимост на фазите спрямо земя е приета = 0,000001S (1МΩ).

От графичните зависимости, показани на Фиг. 4, могат да се направят следните заключения:

- при земно съединение със стойност на преходната проводимост= 0,001S (1000Ω), токът на земно съединение има много ниска стойност (3,7А) и практически не зависи от големината на капацитета на мрежата. Очевидно е, че токовите непосочни защити от земни съединения в мрежите с изолиран звезден център няма да работят ефективно, независимо от големината на капацитета на мрежата.

- при земно съединение с преходна проводимост, изменяща се в границите от = 0,001S (1000Ω) до = 0,01S (100Ω) токът на земно съединение нараства значително, като най-стръмна е кривата, показваща изменението на тока на земно съединение в случая с мрежата с най-голям капацитет ();

- в диапазона на измение на преходната проводимост при земно съединение = 0,01S (100Ω) до = 0,1S (10Ω) при мрежите с малък капацитет () нарастването на тока на земно съединение е незначително;

- при мрежата с голям капацитет () токът на земно съединение нараства повече от два пъти. Максималната си стойност достига при = 0,1S (10Ω), където при - 16,4А, при - 30,7А, а при - 65А. След стойности на = 0,1S (10Ω) до = 1S (1Ω) токът на земно съединение не се изменя значително и графиките имат линеен характер.




Фиг. 4.


Едно сравнение на резултатите, показани на фиг. 4, и подобни изследвания в електрически мрежи средно напрежение с резистивно заземена неутрала със същите изолационни параметри на мрежата (= 0,000001S (1МΩ). ),.(Перпелицев В, Ив. Стоилов, 2013) показва следното:

- в зависимост от големината на заземяващия резистор токът на метално земно съединение в случай на заземена през резистор неутрала нараства както следва:

- при заземена неутрала със стойност на резистора 120Ω токът на метално земно съединение нараства от 30,7А до 41,8А или с 1,36 пъти;

- при стойност на резистора 80Ω нарастването е 1,72 пъти;

- при стойност на резистора 60Ω нарастването е 2,09 пъти.

Безспорно по-високите стойности на тока на земно съединение в рудничните мрежи средно напрежение влошават условията за безопасна работа, главно поради възможността да възникнат по-високи допирни напреже-ния. От друга страна по-сигурната работа на релейните защити от земни съединения води до минимизиране на вероятността за незадействане и съответно съществуване на опасни допирни напрежения продължително време. Окончателното решение за избор на режима на работа на неутралата на рудничните трансформатори средно напрежение трябва да става след обстоен анализ, както на експлотационните предимства, така и по отношение на нивото на електробезопасност.



Заключение

Изведените аналитични зависимости дават възможност за провеждане на изследвания на електрически мрежи с изолиран звезден център на трансформатора. Има възможност при необходимост да се отчита естествената несиметрия в активните и капацитивните изолационни проводимости спрямо земя. Получените количествени стойности за влиянието на големината на преходната проводимост в мястото на земно съединение за електри-чески мрежи с малък, среден и голям капацитет на фазите спрямо земя могат да се използват за ориентировъчни преценки на изследваните параметри. Те могат да служат и като ориентир при преценка на въведените настройки на релейните защити от еднофазни земни съединения.

С разрастването на рудника се увеличава и дължината на кабелните линии, което води до увеличаване на капаци-тета на мрежата спрямо земя. И това поставя под въпрос целесъобразността от използване на режима с изолирана неутрала в мрежите с голям капацитет спрямо земя.

При руднични мрежи с голям капацитет на фазите спрямо земя е необходимо да се премине към резистивно заземяване на неутралата. При този режим на неутралата не се изискват сложни релейни защити, лесно се осигурява тяхната селективност, отсъстват дъгови пренапрежения и ферорезонансни процеси (Перпелицев В, Ив. Стоилов, 2013). Освен това не се изискват големи капитало-вложения и големи промени в съществуващата мрежа. У нас има натрупан известен опит с изграждането на руднични мрежи с резистивно заземена неутрала. Такива са в „Мини Марица Изток“ ЕАД и „Асарел-Медет“ АД.



Литература
ПРАВИЛНИК за безопасността на труда при разработване на находища по открит начин, 1996, Министерство на труда и социалните грижи. Главна инспекция по труда, София.

Багаев Д.В., В.Н.Сазонов, С.О. Астафьев, В.И. Кучеренко, 2009, Резистивное заземление нейтрали сетях 6-35кВ в ОАО “МРСК Волги”. КАБЕЛЬ-news, № 3.

Нанчев Н., 1955, Земни съединения в електрическите системи., С., Наука и изкуство.

Пенчев Св., 2011, Контрол и измерване в електроснаб- дителните системи, Записки, ТУ Габрово.

Стоилов И.Г.,1988, За несиметрията на проводимостта спрямо земя в мрежите с изолиран звезден център. Годишник на ВМГИ, София, т. ХХХІV св.ІV.

Сирота И.М., С.Н.Кисленко, А.М. Михайлов. 1985, Режимы нейтрали электрических сетей. Киев, Наукова думка.

Перпелицев В., Ив. Стоилов, 2013, Анализ на рудничните електрически мрежи средно напрежение с резистивно заземена неутрала, Годишник на МГУ «Св. Иван Рилски», София, т. 56, св.ІII.

Статията е препоръчана за публикуване от кат. „Електрификация на мините“.







Каталог: sessions
sessions -> Изследване чистотата на слънчогледово масло за производство на експлозиви anfo
sessions -> Laser “Raman” spectroscopy of anglesite and cubanite from deposit “Chelopech” Dimitar Petrov
sessions -> Св иван рилски
sessions -> Modeling of
sessions -> Управление на риска от природни бедствия
sessions -> Oценка на риска от наводнениe в елховското структурно понижение в района на гр. Елхово красимира Кършева
sessions -> Гравиметрични системи използвани в република българия и оценка точността на системи igsn-71 и unigrace при точки от гравиметричните и мрежи
sessions -> Toxicological assessment of photocatalytically destroyed mixed azo dyes by chlorella vulgaris
sessions -> Field spectroscopy measurements of rocks in Earth observations


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2020
отнасят до администрацията

    Начална страница