Содержание к диссертации
1. Схемы соединения обмоток трансформатора при определении сопротивлений НП
2.4. Выводы по главе 82
3. Математическое обеспечение для анализа 84
несимметричных режимов силовых трансформаторов УУУн-0
3.1. Анализ численного метода для расчета токов в обмотках трансформатора
3.2. Математические модели силового трансформатора в режиме определения сопротивления НП
3.3. Математическая модель силового трансформатора со схемой 106 соединения У/Ун-0
3.4. Выводы по главе 113
4. Разработка устройства защиты при однофазных замыканиях в сети 0.4 кВ
4.1. Выбор выполнения основных элементов УЗО 118
4.1.1. Конструкция исполнительного органа 118
4.1.2. Выполнение дифференциального трансформатора 127
4.2. Математическое моделирование устройства защиты 129
4.2.1. Моделирование электромагнитной части 129
4.2.2. Моделирование исполнительного органа 1
4.3. Оптимизация параметров схемы УЗО-ЗИП 139
4.4. Выполнение устройства защиты для больших токов однофазных повреждений
4.5. Выводы по главе 150
Заключение 151
Список литературы 153
Приложение 1. Основные электрические характеристики и 163 геометрические размеры силовых трансформаторов 10/0.4 кВ У/Ун-0
Приложение 2. Акт о внедрении программы расчета токов КЗ в сети 0.4 кВ на предприятии «Краснодарские электрические сети»
Приложение 3. Акт о внедрении результатов исследований на АООТ «Краснодарский ЗИП».
Введение к работе
Эксплуатация электрических сетей 0.4 кВ имеет ряд существенных особенностей, одной из которых является их размещение внутри производственных и жилых зданий. Вследствие этого возникает проблема электробезопасности обслуживающего персонала и просто граждан, непосредственно соприкасающихся с действующими электроустановками. Существуют, также требующие решения, проблемы обеспечения пожарной безопасности зданий и помещений.
В конце 80 - х и начале 90-х годов в России начали активно вводиться новые государственные стандарты [1-4] и другие нормативные документы [5], в которых ужесточались требования к обеспечению безопасности электроустановок на основе рекомендаций стандартов МЭК.
Одним из существенных отличий нового ГОСТ [6] является установленная в настоящее время следующая классификация типов систем заземления: нулевой рабочий и нулевой защитный проводник работают раздельно по всей системе (TN-S), объединены в одном проводнике в части сети (TN-C-S), объединены в одном проводнике по всей сети (TN-C), проводящие части электроустановки присоединены к заземлителю, электрически не связанному с заземлителем нейтрали источника питания (ТТ), заземлены только открытые проводящие части электроустановки (IT).
Правила [7] решением Департамента электроэнергетики и Главгосэнергонадзора от 18.02.94 г. были дополнены требованиями о выполнении групповых сетей однофазных потребителей жилых и общественных зданий трехпроводными линиями, включающими фазный, нулевой рабочий и защитный проводники, а также по внедрению пятипроводных трехфазных сетей.
Для обеспечения электробезопасности косвенного прикосновения становится весьма актуальным время отключения однофазных коротких замыканий (КЗ) на корпус или защитный проводник. В тоже время проектный расчет токов [10] однофазных КЗ основывается на методе симметричных составляющих с использованием параметров сети, одним из которых является г-ro и х-го - соответственно активная и индуктивная составляющая полного сопротивления нулевой последовательности (НП) понижающего трансформатора. В [11, 12] предлагается использовать параметр Zr(1) - полное сопротивление трансформатора при однофазных КЗ, как рекомендуемый Госэнергонадзором.
Большой вклад в решение научных проблем, связанных с определением токов коротких замыканий и учета влияния параметров сети 0.4 кВ, внесли известные отечественные ученые С.А. Ульянов, А.А Пястолов, М.Р. Найфельд, П.И. Спеваков, М.А. Шабад, В.А. Андреев, А.В Беляев, В.Н. Усихин, Э.В. Подгорный, В.В Жуков, и др. В настоящее время работы, в основном, проводятся по темам: учет токоограничивающего действия дуги, расчет нагрева проводников, влияние повторного заземления нулевого провода.
К проблеме изменения сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора и его экспериментального определения относятся с только работы конца 60-х годов. Тогда было показано, что эта величина и ее составляющие сложным образом зависят от магнитного состояния сердечника, а также бака силового трансформатора схемой соединения обмоток У/Ун-0 и указывалось, что рекомендуемые опытные значения можно использовать только для приближенных расчетов. Однако, в настоящее время пользуются значениями сопротивлений нулевой последовательности трансформаторов, полученными в те годы. Таким образом, немногочисленные экспериментальные результаты, оставили много вопросов с для дальнейших исследований.
Целью настоящей работы является повышение эффективности защит сети 0.4 кВ за счет более точного учета сопротивления нулевой последовательности трансформатора, выбора уставок релейной защиты (РЗ) и оптимизации электромеханических конструкций устройств защитного отключения.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи.
1. Разработана сеточная модель для расчета методом теории цепей потокораспределения нулевой последовательности трансформатора, позволяющая определить полное сопротивление НП, его активную и индуктивную составляющие, а также распределение индукции вдоль элементов бака трансформатора.
2. Разработаны математические модели трехфазного трехстержневого силового трансформатора, позволяющие рассчитывать режимы экспериментального определения сопротивления нулевой последовательности и короткие замыкания на стороне низкого напряжения.
3.Определены зависимости сопротивления нулевой последовательности трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун-0 от режима его работы с учетом нелинейных свойств стали магнитопровода и бака силового трансформатора, а также дана оценка влиянию величины тока однофазного КЗ на магнитное состояние стержней магнитопровода силового трансформатора и стенок бака.
4. Разработана математическая модель устройства защитного отключения (УЗО) и его электромеханического исполнительного органа (ИО) позволяющая анализировать их работу, определены границы и причины разброса тока срабатывания.
5. Усовершенствована конструкция ИО, позволяющая выполнить устройство защитного отключения электромеханической конструкции, обеспечивающее безопасность обслуживания электроустановок 0.4 кВ согласно требованиям международных стандартов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались положения теории электрических цепей, метода симметричных составляющих, теории электромагнитных переходных процессов, математического анализа. Исследования проводились с использованием математического моделирования, физического моделирования и натурного эксперимента.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Разработан алгоритм решения систем дифференциальных уравнений, описывающих работу подключенных к питающей сети сухих и масляных силовых трансформаторов, основанный на применении неявного метода Эйлера совместно с методом спуска для определения сопротивления нулевой последовательности и расчета токов КЗ на стороне низкого напряжения.
2. Определены основные зависимости сопротивления НП силового трансформатора от его геометрических размеров. Выявлены причины и границы изменения величины сопротивления нулевой последовательности трансформатора для различных схем соединения обмоток при экспериментальном определении.
3. Разработана математическая модель устройства защитного отключения электромеханической конструкции, даны рекомендации для повышения его чувствительности и устранения разброса тока срабатывания исполнительного органа.
4. Предложен принцип выполнения унифицированного устройства защиты при однофазных замыканиях с большим током повреждения для создания селективных защит.
Практическая ценность. Применение разработанного математического обеспечения уточнит уставки устройств релейной защиты в сетях 0.4 кВ, что совместно с использованием УЗО и унифицированного устройства защиты повысит селективность, чувствительность защит и сократит время отключения, обеспечив безопасность эксплуатации электроустановок.
Разработанные сеточные и математические модели силового трансформатора со схемой соединения обмоток У/Ун-0 могут использоваться для расчета сопротивления НГТ, анализа влияния геометрических размеров, электрических и магнитных характеристик элементов, а также для определения токов однофазных КЗ.
Разработанная математическая модель электромеханического УЗО может использоваться для расчета его характеристик при проектировании. Устройство защитного отключения, необходимое для предотвращения поражений человека электрическим током, повышения пожарной безопасности, борьбы с хищениями, на использованном принципе должно найти широкое применение, в сравнении с полупроводниковыми аналогами.
Реализация. Разработанное автором программное обеспечение для расчета токов КЗ в сетях 0.4 кВ используется в ОАО «Кубаньэнерго». Оптимизация параметров конструкции позволила подготовить единственное в РФ производство для серийного изготовления электромеханического устройства защитного отключения из деталей и комплектующих, производимых на АООТ «Краснодарский ЗИП».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XVI1I-XXI сессиях семинара «Киберненика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика электрооборудования» (г. Новочеркасск, 1996-2000 гг.), семинаре - совещании начальников служб РЗА и др. ОЭС Северного Кавказа, (г. Пятигорск, 1997), региональной научно-практической конференции «Повышение эффективности электротехнических комплексов и энергетических систем» (г. Краснодар, 1998) и первой региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение сельскохозяйственного производства (г. Краснодар, 1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений, изложенных на 167 страницах,
С содержит 9 таблиц, 47 рисунков. Список использованной литературы состоит из 116 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу Краснодарских электрических сетей ОАО «Кубаньэнерго» за помощь при проведении экспериментов.
