电容电流补偿
对地电容补偿电流
众所周知,带电电缆、变压器对地都有一定的分布电容,而分布电容大小取决于电缆的几何尺寸、电缆的长度和绝缘材料等。所以我们探讨分布电容的电流补偿对开关的设计是有着重要意义的。
电容电流补偿的必要性
电缆实际上各相通过绝缘电阻和分布电容与大地相连接,当人身体触及一相时,触电电流通过人身、大地、另外两相对地绝缘电阻及分布电容回到电源的另外两相,构成闭合回路(见图一)。
通过分析和数学推导得出通过人体的电流为:
式中Ir通过人体的电流
Uφ电网电压
Rr人体电阻
Rx相对地绝缘电阻
C相对地分布电容
ω交流角频率
从上式中可以看出,人体电阻为一定值。触电电流主要取决于电网的绝缘电阻RX和分布电容C。触电电流当然也取决于电网电压Uφ。
例如,电网电压为660V、电网对地绝缘电阻为100KΩ、人体电阻为1KΩ。如果不考虑分布电容的影响,则通过人体的电流为:
当考虑对地电容影响时,如果C=0.5UF,则通过人体电流为:
从上述计算可知,即使在绝缘电阻较高的情况下,如果分布电容的影响,则人身触电电流显著增加,危及生命安全。因此必须电容电流补偿,以保证供电安全。
电容电流补偿原理
电容电流补偿是利用增设感性支路的办法来补偿的。也就是在人为的中性点与大地之间接入可调零序电抗器BK,构成一个感性支路,用以补偿电网三相对地的分布电容产生的入地电流。补偿原如图二
根据电原理图,电容电流可以等值如图三
根据电工学知识,在上述电路中,电容的作用与电感作用相等时,产生并联谐振,即通过电容3C的电流和感抗支路电流在数值上相等,相位相反,这时通过人体的电流则取决于电网总绝缘电阻Rx,使电容电流得到补偿。
我们也可以从物理的概念上来理解电流的向量关系,电感引起流过人体的电流是感性电流Ilr滞后于绝缘电阻引起的电流Ir900,而由于电容引起的触电电Icr则超前电阻引起的电流Ir900,也就是说,Ilr与Icr方向相反如图四
电容补偿电路
对于一定长的度的电缆,具有一定的对地分布电容,电网对地分布的电容为各条对电缆对地分布电容总和,由于使用的电网的长度,截面大小不同,分布电容也不同。所以要求附加支路电感量必须能够调整。一般都采取两种方法:
1、采用零序电抗器。增加电抗器分接头,调整零序电抗器的分接头,就可以调整附加支路的电感量,达到补偿的目的。如图五
调整时,按下按钮BS,调整电抗器的分接头,使毫安表的指示电流最小。
2、采用磁放大器。首先说明磁放大器的原理。由对口型铁芯成π型布置。在铁芯的两个边柱各有一个交流线圈并相串联,中柱有一个匝数较多的直流控制线圈。两个交流线圈并想串联时,应使其在中柱铁芯产生交流磁通大小相等,方向相反,以保证在直流控制线圈中无感应电势见图六。
由电工基础可知,一只铁芯线圈接入交流电路以后,其电感量L为:
L=(4πw2S10-8/1)μ
式中 L-线圈的电感量
W-线圈匝数
1-磁路长度
μ-铁芯导磁系数
从上式中可知,当铁芯的几何尺寸确定以后,其电感量与匝数W平方成正比,与导磁系数μ有关,所以要得到各种不同的电感量,只要改变匝数W和μ就可以改变电感量,达到补偿的目的。在铁芯材料一定的情况下,其导磁系数决定于外加直流控制磁场的大小,随着直流控制磁场的变化,磁化曲线上的工作点也随之改变,因此导磁系数μ也就随之改变。
调整时,按下按钮BS,调节电位器W1使毫安表的读数最小,就能达到最佳补偿效果。
超/特高压线路差动保护电容电流补偿方法
在超/特高压长输电线中,分布电容电流将达到很高的水平,是影响电流差动保护灵敏度和选择性的主要因素。特高压电网,其特征是电压高、线路电容大,分布电容电流对差动保护的影响更加显著。
电流差动保护主要有全电流差动保护和故障分量电流差动保护2 种。全电流差动保护得到了广泛应用,对于全电流差动,目前最常用的电容电流补偿方法是将线路等效为Π 模型的相量补偿法。故障分量差动保护灵敏度高,抗电流互感器(TA)饱和能力强,也在线路保护中得到了应用。类似于全量电流差动保护,故障分量差动保护的电容电流补偿方法也采用基于线路Π 模型的相量补偿法。
当被保护线路上无故障支路时,使用Π 模型来模拟线路是足够精确的,但发生故障后,仍旧用Π模型来模拟线路会有较大误差,目前尚未有文献对此问题做深入研究。本文首先针对基于线路Π 模型的故障分量电流差动保护的电容电流补偿方法做了研究。指出Π 模型只能精确模拟一段无故障的线路,当线路上发生故障时,线路上的电容电流同时受线路两端电压和故障点电压的影响,仍使用Π 模型来模拟线路会带来较大的误差。如果因故障分量差动保护判据已经采用了基于Π 模型的电容电流补偿方法,而在整定时不考虑电容电流的影响,有可能造成保护误动,整定时应避免此误区。电容电流仍会影响故障分量电流差动保护判据的精度。其后对基于线路Π 模型的全量电流差动保护的电容电流补偿方法进行了研究,线路上发生故障时,使用传统方法计算电容电流也会带来误差,但与故障分量电流差动保护相比,计算误差相对较小,整定时应作适当考虑。
结束语
综上所述,电网分布电容是可以通过调节电感来进行补偿的。目前很多类型的开关都实现了电容电流补偿。如果在原电路的基础上稍加改动,增加一些功能模块就可以实现智能调节电感量的大小。从而提高了防爆开关的保护性能。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 20:25
目录
概述
电容电流补偿的必要性
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