Исследование и моделирование электромагнитных процессов при замыканиях на землю в кабельных сетях с неэффективным заземлением нейтрали

• Автор: Ширковец, Андрей Игоревич
• Шифр специальности: 05.14.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 255 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ РАЗВИТИЯ В КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

1.1 Определение амплитудных и частотных параметров электромагнитных процессов

1.1.1 Постановка задачи

1.1.20ценка токов самопогасания и длительности горения однофазной дуги

1.1.3Определение амплитудных характеристик переходного процесса

1.1.4Расчет частотных характеристик переходного процесса в эквивалентной схеме

1.2 Особенности горения дуги при однофазных повреждениях изоляции в сетях

с активным сопротивлением в нейтрали

1.2.1Постановка задачи
1.2.2Влияние активного сопротивления на демпфирование и частоту свободных
колебаний
1.2.3Условия перевода перемежающейся однофазной дуги в устойчивую фазу горения
1.3 Анализ параметров замыкания на землю с привлечением
экспериментальных результатов
1.3.Зарегистрированные в натурных экспериментах амплитудные и частотные
характеристики
1.3.2Классификация замыканий на землю на основе результатов цифровой
регистрации
1.3.3Модель дугового замыкания на основе анализа напряжения пробоя и скорости восстановления электрической прочности
1.4 Выводы по первому разделу

2 СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И МОНИТОРИНГА
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
2.1 Комплексный статистический анализ параметров напряжений и тока перемежающегося дугового замыкания в кабеле
2.1.1 Постановка задачи и схема эксперимента
2.1.2Проверка нормальности закона распределения и определение
статистических характеристик
2.1.3Проверка значимости стохастической связи и регрессионная статистика.
2.2 Сравнительное исследование электромагнитных процессов замыканий на землю в кабельной сети 6 кВ на основе мониторинга перенапряжений
2.2.1 Объект, методы и задачи исследования
2.2.2Сравнительный анализ характера и параметров замыканий на землю в
зависимости от режима нейтрали
2.2.33аконы распределения и статистические характеристики уровня перенапряжений, времени горения дуги и электрического угла пробоя.... 95 2.2.4Плотности и функции распределения уровня перенапряжений, времени горения дуги и электрического угла пробоя
2.3 Выводы по второму разделу
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ В ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ
3.1 Корректировка математических моделей при замыканиях на землю в сетях с кабельными линиями большой протяженности
3.1.1 Постановка задачи
3.1.2Аналитическая модель перемежающегося дугового замыкания на землю в
кабельной сети
3.1.3Расчет с применением уточненной модели замыкания на землю и сравнение с экспериментальными результатами
3.2 Моделирование и расчет параметров однофазных замыканий на землю с учетом высших гармоник в токе замыкания
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2Анализ натурных осциллограмм напряжения и тока замыкания на землю с
гармоническим искажением
3.2.3Расчет параметров дугового замыкания на землю на компьютерной модели
с учетом источников высших гармоник
3.2.40ценка влияния гармонического искажения тока замыкания на землю на сопротивление в месте однофазного повреждения
3.3 Выводы по третьему разделу
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И РАЗРАБОТКА
АЛГОРИТМОВ РАЗВИТИЯ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ
4.1 Определение факторов снижения электрической прочности кабельной
изоляции и причин ее повреждения в эксплуатации
4.1.1 Постановка задачи
4.1.2Анализ кратковременной и длительной электрической прочности изоляции
силовых кабелей
4.1.3Механизмы деградации СПЭ-изоляции кабелей под влиянием
электрических и водных триингов
4.1.4Влияние частоты приложенного напряжения на кратковременную
прочность СПЭ-изоляции и скорость развития канала пробоя
4.1.5Детализация причин повреждений изоляции силовых кабельных линий с разными типами изоляции
4.2 Разработка гипотез и алгоритмов развития дуговых замыканий на землю в
изоляции силовых кабелей
4.2.1 Постановка задачи
4.2.2Анализ сопротивления канала однофазного пробоя в бумажно-
пропитанной изоляции кабеля

Как показали исследования, при наличии междуфазных емкостей Сфф, что характерно для сетей с трехжильными кабелями с БМПИ, частоты/) и/3 снижаются, относительно соответствующих значений при Сфф = 0 на 11,3%. Частота колебаний /і фактически не зависит от конструкции кабельной сети.
Можно показать, что зависимости/](/с) и /2(/с) (рисунок 1.5) с уровнем достоверности не ниже 0,98 можно формализовать аппроксимирующими полиномами:
f (/ = х) = -0,0011X4 - 0,0124 X3 +1,163 X2 -12,9 X + 44,9,
4 , (1-Ю)
/2 (7С = х) =-0,0007 X4 - 0,0078 X3 + 0,73 X2 - 8,08 X + 28,2.
Зависимости /? (/с) (рисунок 1.6) с уровнем достоверности 0,99 также аппроксимируются полиноминальными функциями вида:
/з (1С = х) = Ах4 + Вхъ + Сх2 + Dx + С (1.11)
с коэффициентами, приведенными в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Коэффициенты аппроксимирующих полиномов четвертой степени для определения «нижних» частот /3 переходного процесса после погасания дуги (* = /с)
Коэффициенты полинома /з (/с) Мощность питающего трансформатора, MBA
10 16 25 40 63
А 01 О г-Н ‘Г) 1 -6 10‘5 -8-Ю'5 ю-4 ю-4 10"
В -6-ю-4 -7-Ю'4 -9-Ю'4 -1,2-10'3 -1,5-10"3 -1,7 ■
С 0,0528 0,0668 0,0875 0,1106 0,1389 0,1
D -0,5858 - 0,741 - 0,9704 - 1,2274 - 1,5404 - 1,7
Е 2,0394 2,5797 3,3782 4,2731 5,3627 6,
Формализованные функции (1.10) - (1.11) могут быть полезны для экспресс-оценки частот переходного процесса в сети с известным током /с.
Повышение емкостного тока на одну -две ступени в указанном ряду 5 — 10 — 20 - 50 - 100 - 200 А приводит к снижению всех рассматриваемых частот на 40 -60%. Независимо от значения емкостного тока, при повышении мощности пита-