Рисунок 14 – Векторная диаграмма напряжений и токов нагрузки
Векторная диаграмма (рис.14) построена в предположении, что сопротивления фаз нагрузки чисто активные. Из этого следует, что токи фаз нагрузки совпадают по направлению с фазными напряжениями нагрузки (UAB, UBC, UCA), которые равны линейным напряжениям источника питания. Емкостной ток фазы «А» на землю опережает фазное напряжении источника UA на 90о. Из треугольников токов следует, что в симметричной трехфазной системе для действующих значений линейных и фазных токов справедливо соотношение
I'A = 2 IABcos 30о =2 ICAcos 30о = 
IAB= ICA.
1. На модели исследовать нормальный симметричный режим ра-боты сети при изолированной нейтрали трансформатора (U Ф А = U Ф B = U Ф C =60 В). параметры емкостных «шунтов» устанавливаются преподавателем, т.е. исследуется ВЛ1 или КЛ1), построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 2.
Таблица 2
| Показания приборов | |||||||||
| Линейные токи, А | Напряжения, В | ||||||||
| IA | IB | IC | UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 3.
Таблица 3
| Расчетные значения | |||||||||
| Фазные токи нагрузки, А | Токи шунтов, А | Токи в линиях, А Напряжение нейтрали, В | |||||||
| IAB | IBC | ICA | IcA | IcB | IcC | UN | IA | IB | IC |
,
где UAB – напряжение на фазе нагрузки при соединении ее в треугольник; ZAB – сопротивление фазы нагрузки при соединении ее в треугольник, Ом.
Ток шунта равен (например, фазы «А» сети)
,
где UA – напряжение на фазе сети, В; BcA – емкостная проводимость фазы исследуемой сети относительно земли, См.
Ток линии определяется по выражению
.
3. На модели исследовать режим однофазного короткого замыкания на землю для ВЛ1 и КЛ1 в случае с изолированной нейтралью трансформатора. Измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах ВЛ1 и КЛ1, сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 5.
Таблица 5
| Показания приборов | ||||||||||
| Линейные токи и к.з., А | Напряжения, В | |||||||||
| IA | IB | IC | 
| UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 6. Построение векторной диаграммы (см. рис. 6) необходимо производить с учетом того, что треугольник линейных напряжений нагрузки не искажается и фазные токи нагрузки по прежнему образуют симметричную систему. Емкостные токи не поврежденных фаз линии увеличатся в раз, а ток в фазе «С» линии (при замыкании фазы «С» на землю) равен
,
что вносит определенную не симметрию в токи фаз линии.
Таблица 6
| Расчетные значения | ||||||||||
| Токи фаз нагрузки и к.з., А | Токи шунтов, А | Токи линий, А Напряжение нейтрали, В | ||||||||
| IAB | IBC | ICA |
| IcA | IcB | IcC | UN | IA | IB | IC |
4. С помощью выключателя QF 3 заземлить нейтраль трансформатора Т1 через резистор R 1. Для КЛ1 исследовать режим однофазного к.з. Измерить ток замыкания на землю, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать ток замыкания на землю, токи в элементах сети и величину R 1 при KR = 1. Сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в таблицу 7.
Таблица 7
| Показания приборов | |||||||||||
| Линейные токи и к.з., А | Напряжения, В | ||||||||||
| IA | IB | IC |
| IR 1 | UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 8.
Таблица 8
| Расчетные значения | |||||||||||
| Токи фаз нагрузки и к.з., А | Токи шунтов, А | Токи линий, А Напряжение нейтрали, В | |||||||||
| IAB | IBC | ICA |
| IcA | IcB | IcC | IR 1 | UN | IA | IB | IC |
Построение векторной диаграммы необходимо производить с учетом того, что треугольник линейных напряжений нагрузки искажается, а фазные токи нагрузки уже не образуют симметричную систему.
|
Рисунок 15 – Векторная диаграмма напряжений и токов при резистивном заземлении нейтрали и однофазном замыкании на землю фазы «С»
При резистивном заземлении нейтрали напряжение нулевой последовательности 
оказывается не равным фазному напряжению, замкнувшей фазы ( < 
). В результате напряжения неповрежденных фаз относительно земли уменьшаются и, подбирая величину сопротивления R 1 необходимого значения, добиваются чтобы 
по величине не превышали 0,8 U л линейного напряжения.
Снижение напряжения неповрежденных фаз относительно земли уменьшает их емкостные токи на землю и, соответственно, общий емкостной ток на землю. Однако, ввиду малой величины активного сопротивления в нейтрали величина тока в ней возрастает, что приводит к резкому возрастанию тока однофазного короткого замыкания.
5. С помощью выключателя QF 2 заземлить нейтраль трансформатора Т1 через ДГР. Для КЛ1 исследовать режим однофазного к.з. Перед включением стенда индуктивность ДГР установить на максимальное значение. Измерить ток замыкания на землю, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Изменяя индуктивность ДГР, снять зависимость 
= f(KL). Рассчитать ток замыкания на землю, токи в элементах сети и сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму (см. рис. 9). Данные эксперимента занести в табл. 9.
Таблица 9
| Показания приборов | ||||||||||||
| Токи, А; индуктивность, Гн | Напряжения, В | |||||||||||
| IA | IB | IC |
| I ДГР | L | UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 10.
Таблица 10
| Расчетные значения | |||||||||||
| Токи фаз нагрузки и к.з., А | Токи шунтов, А | Токи линий, А Напряжение нейтрали, В | |||||||||
| IAB | IBC | ICA |
| IcA | IcB | IcC | IДГР | UN | IA | IB | IC |
Уменьшение индуктивного сопротивления ДГР приводит к возрастанию I ДГР и компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю (см. рис. 9).
6. На модели настроить не симметрию емкостей по фазам (Q 1, Q 2, Q 3, QF 2 включены) и снять зависимость UN /UN хх = f (KL) в нормальном режиме сети. Рассчитать UN хх при заданной не симметрии емкостей и симметричной тройке векторов ЭДС, сравнить результаты расчета с измеренным значением. Рассчитать величину индуктивности отвечающей резонансу напряжения при принятых параметрах.
Данные эксперимента занести в табл. 11.
Таблица 11
| Показания приборов | ||||||||||
| Токи, А; индукт.,Гн | Напряжения, В | |||||||||
| IA | IB | IC | L | UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 12.
Таблица 12
| Расчетные значения | |||||||||
| Фазные токи нагрузки, А | Токи шунтов, А | Токи линий, А Напряжение нейтрали, В | |||||||
| IAB | IBC | ICA | Ic0A | Ic0B | Ic0C | UN | IA | IB | IC |
10. На модели сети по п.9 настоящего раздела при изолированной нейтрали и однофазном коротком замыкании на землю, измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах сети при этих значениях, сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 13.
Таблица 13
| Показания приборов | ||||||||||
| Токи, А | Напряжения, В | |||||||||
| IA | IB | IC |
| UA | UB | UC | UN | UAB | UBC | UCA |
Расчетные значения заносятся в табл. 14.
Таблица 14
| Расчетные значения | ||||||||||
| Токи фаз нагрузки и к.з., А | Токи шунтов, А | Токи линий, А Напряжение нейтрали, В | ||||||||
| IAB | IBC | ICA |
| IcA | IcB | IcC | UN | IA | IB | IC |
6. Контрольные вопросы
1. Что такое допустимый ток замыкания на землю и от чего он зависит?
2. Какие факторы влияют на величину тока однофазного (короткого) замыкания на землю?
3. Какие сети работают с изолированной нейтралью? Каковы основные преимущества и недостатки сети с изолированной нейтралью?
4. Как меняется ток однофазного замыкания на землю при подключении в нейтраль ДГР?
5. Как изменяется ток однофазного замыкания на землю при подключении в нейтраль резистора?
6. Как выполняется контроль замыкания на землю?
7. Почему изоляция относительно земли в сетях с изолированной нейтралью выполняется на линейное напряжение?
8. Эффективное заземление нейтрали, в каких сетях оно применяется и почему?
9. Почему в сетях напряжением 110 кВ и выше не применяется режим изолированной нейтрали?
10. Как следует настраивать ДГР?
11. Чем обусловлены перенапряжения, имеющие место в сетях при однофазном к.з., какие технические мероприятия применяют для защиты элементов сети от указанных перенапряжений?
12. Почему в сетях 110 кВ и выше не применяются дугогасящие реакторы?
13. Какие сети работают с эффективно заземленной нейтралью?
Список литературы
1. Евдокунин Г.А., Гудилин С.В., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ. Элетричество, № 12, 1998.
2. Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред.проф. образования / Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.А. Чиркова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 448 с.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. для вузов. – 10-е изд., стер. –М: Издательский центр «Академия», 2007. – 544 с.
4. Правила устройства электроустановок / Министерство энергетики РФ. 7-е изд. М.: НЦ ЭНАС, 2002. – 368 с.
5. Вайнштейн Р.А. Режимы заземления нетрали в электрических системах: учебное пособие / Р.А. Вайнштейн, Н.В. Коломиец, В.В.Шестакова. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 118с.
6. Перенапряжения в электрических системах и защита от них/ В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, Ю.А. Михайлов. – Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 1995. 320 с.
7. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. – Ростов-н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. – 720 с. (Серия «Высшее образование»).
Составители: Волкова Татьяна Юрьевна
Потапчук Николай Константинович
Исмагилов Шамиль Галявович
Федосов Евгений Михайлович