Kaare summutamise mähis ja tugev maandus toitesüsteemides: tehniline sügavsukeldumine

Sissejuhatus

 

Kaasaegsetes elektrisüsteemides sobiva valimineneutraalne maandusmeetodon ohutuse, töökindluse ja kulutasuvuse{0}}tasakaalu tasakaalustamiseks hädavajalik. Kuigi maanduseta neutraalsüsteemid pakuvad teenuse järjepidevust, on neil ranged piirangud, kui maandus-mahtuvusvool ületab lubatud läve.

Kuimahtuvuslik maandus-rikevoolületab maanduseta süsteemi piirid (30A 3–10 kV võrkude puhul, 10A 20–60 kV võrkude puhul), peavad insenerid kasutusele võtma arenenumad maanduslahendused. Kaks kõige olulisemat meetodit on:

Kaare summutamise pooli maandus(tuntud ka kui Peterseni pooli maandus)

Tugevalt maandatud neutraalne(otsene maandus)

See artikkel pakub aüksikasjalik tehniline analüüsmõlema meetodi, nende tööpõhimõtete, kaitseskeemide ja{0}}parima kasutuse stsenaariumid elektrijaotus- ja ülekandevõrkudes.

2. Kaare summutamise pooli maandussüsteem (Peterseni pooli maandus)

Mis on kaare summutamise mähis?

Ankaare summutamise mähis, tuntud ka kui aPeterseni mähis, on häälestatav induktiivne reaktor, mis on ühendatud trafo nullpunkti ja maanduse vahel. Selle põhifunktsioon onkompenseerida mahtuvuslikku maandus{0}}tõrkevoolusüstides induktiivset voolu, mis kompenseerib süsteemi mahtuvusliku voolu tõrkekohas, vähendades sellega jääkvoolu tasemeni, kus kaar saab ise{0}}kustuda.

 

Ehitus ja komponendid

Kaare summutusmähis koosneb järgmistest põhikomponentidest:

Komponent	Kirjeldus	Funktsioon
Rauasüdamik õhuvahedega	Lamineeritud terassüdamik koos tahtlike mitte{0}}magnetiliste tühikutega	Hoiab ära magnetilise küllastumise ja tagab lineaarse induktiivsuse karakteristikud
Mähis (mähis)	Rauasüdamikule paigaldatud vaskmähis	Pakub reguleeritavat induktiivsust kraan{0}}muutmismehhanismi kaudu
Õlipaak	Suletud trafo-õliga-täidetud korpus	Tagab südamiku ja mähise isolatsiooni ja jahutuse
Kraani vahetaja	Välja-laadimine või sisse-laadimine kraanivahetaja	Reguleerib aktiivsete mähiste keerdude arvu, et häälestada induktiivsust

Mähisel onväga madal takistusjaväga kõrge reaktiivsus, mis tähendab, et mähis tagab peamiselt induktiivse reaktiivsuse minimaalsete takistuskadudega.

 

Tööpõhimõte: induktiivne kompensatsioon

Tavaline töö

Tavalistes süsteemitingimustes on kolm{0}}faasilist pinget sisuliselt tasakaalustatud janullpunkti nihkepingeon väga väike. Järelikult on kaare summutusmähise kaudu voolav vool tühine ja mähisel ei ole süsteemi normaalsele tööle märkimisväärset mõju.

Ühefaasiline{0}}maandusrike

Kui aühe-faasi---maandusriketekib neutraalpunkti nihkepinge, mis põhjustab voolu voolamist läbi kaare summutusmähise. See induktiivne vool voolab läbi rikkepunktivastassuunassüsteemi mahtuvuslikule rikkevoolule.

Therikkevool rikkepunktison vektorite erinevus:

Mahtuvuslik vool (Ic):Genereeritud kahe mitte{0}}tõrkefaasi hajutatud mahtuvuse abil

Induktiivne vool (IL):Tekib kaare summutusmähis

Õige häälestamise korral on IL ≈ Ic ja jääkvool väheneb väga väikese väärtuseni -vähendades dramaatiliselt kaare energiatveakohas ja võimaldades kaarel ise-kustuda.

Häälestus- ja kompenseerimisrežiimid

Kaare summutusmähise induktiivsus onreguleeritavmuutes astmelüliti kaudu aktiivsete mähiste pöörete arvu. See võimaldab mähist häälestada nii, et see vastaks süsteemi mahtuvuslikule voolule.

Üle-kompensatsioonirežiim (soovitatav)

sisseüle-kompensatsiooni, on induktiivne vool veidi seatudsuuremkui mahtuvuslik vool (IL > Ic). See on eelistatud töörežiim, kuna:

Kui süsteemi mahtuvuslik vooljärsku väheneb(nt sööturi väljalülitamise tõttu) süsteem liigubkaugemal resonantsist, mitte sellele lähemale

See hoiab ära ohtlikuseeria resonantstingimused, mis võivad põhjustada liigset ülepinget

Pakub ohutusvaru süsteemi konfiguratsiooni muutmise vastu

Täielik hüvitis ja ala-hüvitis

Täielik hüvitis(IL=Ic): teoreetiliselt ideaalne, kuid ohtlik - võib normaalsetes tingimustes põhjustada resonantsi ülepinget

-kompensatsiooni all(IL < Ic): mittesoovitatud - süsteemimuudatused võivad selle resonantsi viia

 

Ühefaasilise{0}}maandrikke ajal kaare summutusmähises maandatud süsteemis:

Parameeter	Käitumine
Rikkefaasi pinge	Langeb nulli
Mitte-tõrkefaasi pinge	Tõuseb kuni √3 × faasipinge (liini-to-pinge)
Kolme{0}}faasiline pinge	Jääb sümmeetriliseks ja muutumatuks
Rikkevool rikkepunktis	Tugevalt vähenenud (ainult rikkevool)
Kaare käitumine	Võib iseeneslikult-kustuda madala rikkevoolu tõttu

Kunakolme-faasi liini pinge jääb sümmeetriliseks, võib süsteem ajutiselt tööd jätkata -kuid mitte rohkem kui 2 tundi. See ajapiirang võimaldab operaatoritel tõrke asukohta ja isoleerida, säilitades samal ajal teenuse järjepidevuse.

Kaare summutamise pooli maanduse eelised

Isekustuvad{0}}kaared:Kompenseeritud rikkevool on piisavalt väike, et kaar saaks loomulikult kustuda, eritimööduvad maandusrikked

Vähendatud kaarekahjustus:Madalam rikkevool minimeerib põletuskahjustusi rikkekohas

Minimaalne häire:Vähendatud maandus{0}}rikevool minimeerib läheduses asuvate sideliinide elektromagnetilisi häireid

Teenuse järjepidevus:Ajutine töö (kuni 2 tundi) võimaldab planeeritud rikete isoleerimist

Efektiivne mööduvate rikete korral:Enamik õhuliinide ühefaasilisi{0}}maandusrikkeid on oma olemuselt mööduvad

Isolatsiooni kavandamise kaalutlused

Sarnaselt maanduseta süsteemidele,mitte-tõrkefaaside pinged tõusevad liini-to-pingenimaandusrike ajal. Seetõttu kõikfaasi---isolatsioon peab olema konstrueeritud nii, et see vastaks kogu liini---pingele, mis suurendab seadmete kulusid võrreldes tugevalt maandatud süsteemidega.

Rakenduse stsenaariumid

Kaare summutamise pooli maandust kasutatakse tavaliselt:

Keskpinge{0}}kaabelvõrgudkus mahtuvuslik vool ületab maanduseta süsteemi piirid

20–60 kV õhuliinivõrgudmärkimisväärse mahtuvusliku vooluga

Linnade jaotusvõrgudulatusliku kaabelinfrastruktuuriga

Süsteemid, kus teenuse järjepidevuson prioriteetne, kuid mahtuvuslik vool on maanduseta tööks liiga suur

3. Tugevalt maandatud neutraalsüsteem (otsene maandus)

Tööpõhimõte

Aastal akindlalt maandatud neutraalsüsteem, on trafo nullpunktotse maandusega ühendatudilma tahtliku impedantsita. Neutraalse punkti potentsiaal jääb tasemelenull voltikõigis töötingimustes - normaalne või vigane.

Kui aühe-faasi---maandusrikeKui rikkega faas lühistatakse otse{0}}tõrkepunkti ja maandatud nulli kaudu. See tekitabmaksimaalne võimalik ühe-faasi maandus-rikevool, mis on tavaliselt võrreldav või suurem kui kolmefaasiline{0}}tõrkevool.

 

Vea käitumine ja kaitse

Vahetu rikete kõrvaldamine

Tänusuur maandus-rikevool, vigane joon peab olemakohe lahtikaitsereleede abil. See erineb põhimõtteliselt maanduseta ja kaare summutamise poolisüsteemidest, mis võimaldavad ajutist jätkuvat tööd.

Releekaitse eelised

Suur rikkevool annab olulise eelisekaitserelee:

Lihtsad ja usaldusväärsed kaitseskeemid- liigvoolureleed suudavad kergesti tuvastada suure rikkevoolu

Valikuline rikkeisolatsioon- voolu suur tugevus muudab rikkis ja terve sööturi eristamise lihtsaks

Kiire rikete kõrvaldamine- kaitse töötab kiiresti ja täpselt, minimeerides rikke kestust ja kahju

 

Automaatne-Taassulgemine mööduvate rikete korral

Maapinna rikete mööduv olemus

Kasutuskogemus näitab, et in110 kV ja kõrgemad võrgud, enamik ühefaasilisi{0}}maandusrikkeid -, eriti need, mis on sisse lülitatudõhuliinid- onolemuselt mööduv. Põhjuste hulka kuuluvad:

Pikselöögid põhjustavad isolatsiooni ajutise sähvatuse

Tuule{0}}puhutud praht puutub hetkeks kokku juhtidega

Kontakt linnu või loomaga

Reostuse{0}}põhjustatud sähvatus, mis-kustub iseenesest

Automaatne-Sule skeem uuesti

Pärast rikkega liini väljalülitamist,isolatsioon rikkekohas taastub sageli kiiresti. Kasutatakse kaasaegseid tugevalt maandatud süsteemeautomaatse taassulgemise (ARC) seadmedet:

Katkesta rikkis liinmaandusrikke tuvastamisel

Oodake lühike surnud aeg(tavaliselt 0,3–1 sekund) kaare deioniseerimiseks

Sulgege kaitselüliti automaatselt-et kontrollida, kas viga on kõrvaldatud

Taasta toidekui rike oli mööduv, - mis enamikul juhtudel on

See lähenemine paraneb märkimisväärselttarnekindlustugevalt maandatud süsteemides, leevendades peamist puudust, milleks on vahetu rikete kõrvaldamine.

 

Isolatsiooni disaini eelised

Peamine majanduslik kasu

Tugevalt maandatud neutraalsüsteemide kõige olulisem eelis on seemitte-tõrkefaasi pinge ei suureneühefaasilise{0}}maandrikke ajal. Kuna neutraal on kindlalt maandatud, jääb tervete faaside faasi---pinge normaalsele faasipinge tasemele.

See tähendab:

Faasi---isolatsioontuleb ainult selleks ette nähafaasipinge(mitte liini-to-pinge)

Seevähendab isolatsioonikulusidtrafode, kaablite, lülitusseadmete ja liigpingepiirikute jaoks

Themajanduslik kasu suureneb koos süsteemi pingega- mida kõrgem on pinge, seda suurem on kokkuhoid

 

Võrdlus: kindlalt maandatud vs. muud meetodid

Funktsioon	Maandamata	Kaare summutamise mähis	Tugevalt maandatud
Veavoolu suurus	Väike (mahtuvuslik)	Väga väike (jääk)	Suur (lühis{0}})
Mitte-tõrkefaasi pinge rikke ajal	√3 × faasipinge	√3 × faasipinge	Faasipinge (muutmata)
Nõutav isolatsiooni tase	Liini-to-pinge	Liini-to-pinge	Faasi pinge
Vea kõrvaldamine	Käsitsi või viivitusega	Hilinenud (vähem kui 2 tundi või sellega võrdne)	Kohene (automaatne)
Kaitse keerukus	Kompleksne	Kompleksne	Lihtne ja usaldusväärne
Teenuse järjepidevus rikke ajal	Jah (ajutine)	Jah (vähem kui 2 tundi või sellega võrdne)	Ei (komistas kohe)
Kaare isesustuv{0}}	Raske (kõrge Ic)	Jah (kompenseeritud)	Ei kohaldata
Auto-taassulgemise rakendatavus	Piiratud	Piiratud	Väga tõhus
Parim pingevahemik	3–10 kV	10–60 kV	110 kV ja üle selle
Majanduslik eelis	Madal (kõrge isolatsioonikulu)	Keskmine	Kõrge (madal isolatsioonikulu)

 

Tugevalt maandatud süsteemide tüüpilised rakendused

Tugevalt maandatud neutraalsüsteeme kasutatakse peamiselt:

Kõrgepinge{0}}ülekandevõrgud(110 kV, 220 kV, 500 kV ja üle selle)

Linna keskpinge{0}}jaotus(10 kV, 35 kV), kus on esikohal töökindlus ja lihtne kaitse

Suured tööstuslikud elektrisüsteemidulatuslike kaabelvõrkudega

Madal{0}}pingesüsteemid(380V/400V/480V) ohutuse ja seadmete kaitseks

Valikujuhised: õige maandusmeetodi valimine

Põhineb pingetasemel

Pinge vahemik	Soovitatav maandusmeetod	Esmane põhjendus
Madalpinge (vähem kui 1 kV või sellega võrdne)	Tugevalt maandatud	Ohutus, lihtne kaitse
Keskpinge (3–10 kV)	Maandamata või kaare summutamise mähis	Teenuse järjepidevus; oleneb mahtuvuslikust voolust
Kesk{0}}kõrgepinge (20–60 kV)	Kaare summutamise mähis	Mahtuvuslik vool liiga kõrge maanduseta; isolatsioonikulud on juhitavad
Kõrgepinge (suurem kui 110 kV või sellega võrdne)	Tugevalt maandatud	Majanduslik isolatsiooni kokkuhoid; lihtne ja usaldusväärne kaitse

Põhineb süsteeminõuetel

Kui teenuse järjepidevus on esmatähtis→ Kaare summutusmähis või maanduseta süsteem

Kui on vaja lihtsat, usaldusväärset kaitset→ Tugevalt maandatud süsteem

Kui suure mahtuvusliku vooluga kaabelvõrk→ Kaare summutamise mähis

Kui õhuliinivõrk mööduvate riketega→ Automaatse{0}}taassulgemisega kindlalt maandatud

 

Järeldus

Thekaare summutamise pooli maandussüsteemjakindlalt maandatud neutraalsüsteemesindavad kahte põhimõtteliselt erinevat lähenemist elektrisüsteemi neutraalsele maandusele, millest igaühel on erinevad eelised:

Kaare summutamise pooli maanduspaistab silma keskpinge{0}}võrkudes, kusteenuse järjepidevusjakaar isekustuv-on kriitilised. Kompenseerides mahtuvuslikku rikkevoolu, võimaldab see ajutist tööd ja loomulikku kaare kustumist, muutes selle ideaalseks olulise mahtuvusliku vooluga kaabelvõrkudes ja õhujaotussüsteemides.

Tugevalt maandatud neutraalsüsteemiddomineerivad kõrgepinge{0}}ülekandevõrkudes, kus on majanduslikku kasuvähendatud isolatsiooninõudedja usaldusväärsuslihtsad ja kiired kaitseskeemidkaalub üles kohese rikke kõrvaldamise puuduse. Koos automaatse-taassulgemise tehnoloogiaga tagavad need süsteemid nii ohutuse kui ka töökindluse.

Nende maandusmeetodite mõistmine on elektrisüsteemide inseneride, elektriseadmete tootjate ja rajatiste operaatorite jaoks hädavajalik. KellZhejiang Rsafele Electric Co., Ltd., saab meie ekspertide meeskond aidata teil valida ja rakendada teie konkreetse rakenduse jaoks kõige sobivama maanduslahenduse, tagades teie toitesüsteemi optimaalse ohutuse, töökindluse ja kuluefektiivsuse{0}}.