Практическое задание: Исследование режимов работы нейтрали источников и приемников электрической энергии

Исследование режимов работы нейтрали источников и приемников электрической энергии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Рубцовский Индустриальный Институт (филиал)

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический

университет им. И.И. Ползунова»

Кафедра электроэнергетики

ОТЧЁТ

по лабораторной работе № 9

на тему:

«Исследование режимов работы нейтрали источников и приемников электрической энергии»

Работу выполнил

студент группы ЭиЭ-22

Ф.В.Денежкина

Проверил О.П.Балашов

Рубцовск 2016г

1.Исследование режимов работы нейтрали источников и приемников электрической энергии

Цель работы

Изучить виды режимов нейтрали электроустановок напряжением до и выше 1000 В; ознакомиться с влиянием способа заземления нейтрали на надежность работы сети и электроприемников, бесперебойность электроснабжения потребителей; выбор уровня изоляции системы; величину возникающих перенапряжений и мероприятия по их ограничению; экономичность и электробезопасность систем электроснабжения.

2. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

.1 Подготовительная часть

Подготовка к лабораторной работе включает:

.1.1 Изучение теоретического материала курса по разделу «Режим нейтрали электрических сетей».

.1.2 Ознакомление с лабораторной установкой.

.1.3 Подготовка к экспериментальной части.

Краткие теоретические сведения

Рост мощности источников питания и потребителей электрической энергии приводит к ужесточению требований надежности систем электроснабжения, которая в значительной мере зависит от режима нейтрали.

Наиболее частым повреждением в системе электроснабжения, порядка 90% всех повреждений, является однофазное замыкание на землю. Ток в месте такого замыкания называется током однофазного замыкания на землю.

В соответствии с классификацией ПУЭ, электроустановки напряжением выше 1000 В подразделяются на электроустановки с большими токами замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания на землю превышает 500 А, и установки с малыми токами замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания на землю равен или менее 500 А.

В ПУЭ дается следующая классификация электроустановок по режимам нейтрали;

) системы с изолированной нейтралью;

) системы с компенсированной нейтралью, т.е. заземленной через дугогасящий реактор или резистор- нейтраль;

) системы с глухозазаемленной нейтралью;

) системы с эффективно заземленной нейтралью.

Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью представляет собой трехфазную электрическую сеть, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (КЗ£1,4). Под коэффициентом замыкания на землю подразумевается отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой фазы или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Выбор того или иного режима нейтрали электроустановок является результатом учета многих технико-экономических факторов конкретной системы электроснабжения. При выборе способа заземления нейтрали должны учитывать следующие требования:

надежность работы сетей;

бесперебойность электроснабжения приемников электрической энергии;

электробезопасность системы;

экономичность;

возможность устранения опасных перенапряжений;

ограничение электромагнитного влияния на другие электрические сети;

возможность дальнейшего развития системы без значительной реконструкции.

В системах электроснабжения напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ применяется изолированная нейтраль, если величины емкостных токов замыкания на землю не превосходят допустимых значений по ПУЭ (для 6 кВ-30 А; 10 кВ-20 А; 20 кВ -15 А и 35 кВ-10 А), в противном случае применяются нейтрали с компенсацией емкостного тока, где заземление осуществляется через дугогасящие аппараты.

Основными недостатками системы с изолированной нейтралью являются:

. Повышенные капитальные вложения, вызываемые требуемым уровнем изоляции электроустановок, т.к. в аварийном режиме происходит увеличение напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного значения;

. возможность замыкания фазы на землю через электрическую дугу и появление перемежающих дуг, имеющих при определенных условиях устойчивый характер и вызывающих перенапряжения, превосходящие в 2,5¸3,2 раза нормальное фазное напряжение, которое распространяется на всю электрически связанную сеть.

Для уменьшения емкостных токов однофазного замыкания на землю в месте повреждения между нейтралью источника или приемника электроэнергии и землей включаются компенсирующие устройства: заземляющие катушки (дугогасящие) или трехфазные заземляющие трансформаторы или активные сопротивления.

Системы с компенсацией емкостных токов при однофазном замыкании на землю характеризуется следующими положительными факторами:

) при однофазном замыкании на землю развивающийся пробой изоляции электроустановок предупреждается на ранней стадии;

) неустойчивое замыкание на землю подавляется, причем 70-90% таких замыканий ликвидируется без отключения, медленно возрастает напряжение в месте повреждения до Uл, что способствует восстановлению диэлектрической прочности изоляции;

) при устойчивых замыканиях на землю ток, проходящий через место замыкания, снижается до нескольких процентов емкостного, что позволяет работать электроприемникам на период отыскания и устранения повреждения, т.е. число отключений и нарушений питания у потребителя минимально;

) градиенты напряженности вблизи места повреждения значительно снижены, что обеспечивает безопасность людей;

) отсутствие больших электромагнитных влияний на линии связи.

К недостаткам систем с нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку, можно отнести:

) увеличенные капитальные затраты, вызываемые повышенными требованиями к уровню изоляции электроустановок;

) сложность эксплуатации систем с компенсированной нейтралью из-за необходимости вести постоянное наблюдение за состоянием компенсации и трудности в определении места повреждения, если оно не развилось;

) возможность повышения напряжения неповрежденных фаз относительно земли более линейного и существование перенапряжений, если нет точки настройки и дуга устойчива;

) увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов в связи с установкой дугогасящих аппаратов по сравнению с системой с изолированной нейтралью;

) сложность в настройке релейной защиты.

В системах 110 кВ применяется эффективно заземленная, а 220 кВ и выше - глухое заземление нейтрали части трансформаторов в связи с необходимостью ограничения тока однофазного короткого замыкания.

Основными достоинствами системы с глухозаземленной нейтралью являются:

) стабилизация потенциала нейтрали и устранение возможности появления устойчивых заземляющих дуг и связанных с ними последствий;

) облегченная работа изоляции при замыканиях на землю и переходных процессах, что приводит к возможности снижения уровня изоляции, а следовательно, экономии в затратах либо к повышению надежности работы электроустановок вследствие большого запаса прочности изоляции, при сохранении такого же уровня изоляции, как и при других способах заземления нейтрали;

) обеспечение выполнения четкой, надежной селективной и быстродействующей релейной защиты.

Система с глухим заземлением нейтрали обладает рядом недостатков:

) любое однофазное замыкание на землю является коротким, и релейная защита немедленно отключает поврежденный участок, т.е. нарушается бесперебойность электроснабжения, что требует применения устройств АПВ и выполнения систем с резервированием для наиболее ответственных потребителей (повышение затрат, дополнительные капитальные вложения и ущерб от недоотпуска продукции);

) значительное электромагнитное влияние на линии связи, что приводит к увеличению затрат на защиту последних;

) удорожание релейной защиты в связи с устройством ее в трехфазном исполнении;

) токи короткого замыкания могут достигать больших значений при замыканиях на землю, что является причиной динамических разрушающих усилий, распространяющихся на значительную часть системы, примером тому может служить повреждение железа статора генератора при пробое изоляции на корпус, разрывы оболочек кабелей, разрушение гирлянд изоляторов на воздушных ЛЭП и др.;

) при больших токах короткого замыкания уменьшается синхронизирующий момент (синхронные двигатели могут затормозиться, а параллельно работающий генератор - выйти из синхронизма);

) опасность поражения людей вследствие больших напряжений прикосновения и шага из-за тока короткого замыкания при однофазном замыкании на землю;

В электроустановках напряжением до 1000 В применяют следующие режимы нейтрали:

. глухое заземление нейтрали трансформаторов и генераторов;

. полностью изолированная нейтраль;

. нормально изолированная нейтраль трансформатора с включенным в нейтраль или фазу заземленным пробивным предохранителем.

Выбор того или иного режима нейтрали должен проводиться с учетом всех местных условий с целью обеспечения наилучших условий электробезопасности.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из испытательного стенда, трехфазного трансформатора, катушек индуктивности и сопротивлений.

Испытательный стенд предназначен для моделирования систем электроснабжения трехфазного тока с различными режимами нейтрали. Зажимы питающего трансформатора (А, В, С и а, в, с), катушки индуктивности и сопротивления, установленные внутри стенда, выведены на контакты клавишных переключателей коммутационной панели стенда. Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рисунке 7.

Распределение емкости проводов относительно земли в трехфазной системе представлены на стенде в виде сосредоточенных емкостей С1-С9 и сопротивлений R3-R5, имеющих различное значение, соответственно фаз А, В, С относительно земли.

Подключая емкости и сопротивления в определенном порядке при помощи клавишных переключателей, можно задавать как симметричные, так и несимметричные режимы работы системы.

Измерение токов и напряжений производится щитовыми приборами. При нажатом переключателе S0 снимаются показания напряжения фаз относительно земли, а при отключенном создается искусственная нулевая точка.

2.2 Экспериментальная часть и обработка результатов

.2.1 Зарисовать принципиальную схему лабораторной установки

.2.2 Составить таблицу для занесения показаний приборов (таблица 1).

.2.3 Исследовать режимы нейтрали по программам, при этом наличие знака «+» рядом с номером клавишного переключателя (КП) означает включенное (нажатое) положение клавиши переключателя

Собрать схему, замыкая переключатели слева направо:

Режим 1: Изолированная нейтраль при симметричной проводимости фаз относительно земли.

Собрать схему:

Снять показания приборов и разобрать схему.

Режим 2: Изолированная нейтраль при симметричной проводимости фаз относительно земли, замыкание фазы С (в точке S5).

Собрать схему:

Снять показания приборов и разобрать схему.

Режим 3: Изолированная нейтраль при симметричной проводимости фаз относительно земли, замыкание фазы С (в точке S4).

Собрать схему:

Снять показания приборов и разобрать схему.

Режим 4: Компенсированная нейтраль при симметричной проводимости фаз относительно земли.

Собрать схему: