電容電流補償

眾所周知,帶電電纜、變壓器對地都有一定的分布電容,而分布電容大小取決於電纜的幾何尺寸、電纜的長度和絕緣材料等。所以我們探討分布電容的電流補償對開關的設計是有著重要意義的。

電容電流補償的必要性

電纜實際上各相通過絕緣電阻和分布電容與大地相連線,當人身體觸及一相時,觸電電流通過人身、大地、另外兩相對地絕緣電阻及分布電容回到電源的另外兩相,構成閉合迴路(見圖一)。

通過分析和數學推導得出通過人體的電流為:

式中Ir通過人體的電流

Uφ電網電壓

Rr人體電阻

Rx相對地絕緣電阻

C相對地分布電容

ω交流角頻率

從上式中可以看出,人體電阻為一定值。觸電電流主要取決於電網的絕緣電阻RX和分布電容C。觸電電流當然也取決於電網電壓Uφ。

例如,電網電壓為660V、電網對地絕緣電阻為100KΩ、人體電阻為1KΩ。如果不考慮分布電容的影響,則通過人體的電流為:

當考慮對地電容影響時,如果C=0.5UF,則通過人體電流為:

從上述計算可知,即使在絕緣電阻較高的情況下,如果分布電容的影響,則人身觸電電流顯著增加,危及生命安全。因此必須電容電流補償,以保證供電安全。

電容電流補償原理

電容電流補償是利用增設感性支路的辦法來補償的。也就是在人為的中性點與大地之間接入可調零序電抗器BK,構成一個感性支路,用以補償電網三相對地的分布電容產生的入地電流。補償原如圖二

根據電原理圖,電容電流可以等值如圖三

根據電工學知識,在上述電路中,電容的作用與電感作用相等時,產生並聯諧振,即通過電容3C的電流和感抗支路電流在數值上相等,相位相反,這時通過人體的電流則取決於電網總絕緣電阻Rx,使電容電流得到補償。

我們也可以從物理的概念上來理解電流的向量關係,電感引起流過人體的電流是感性電流Ilr滯後於絕緣電阻引起的電流Ir900,而由於電容引起的觸電電Icr則超前電阻引起的電流Ir900,也就是說,Ilr與Icr方向相反如圖四

電容補償電路

對於一定長的度的電纜,具有一定的對地分布電容,電網對地分布的電容為各條對電纜對地分布電容總和,由於使用的電網的長度,截面大小不同,分布電容也不同。所以要求附加支路電感量必須能夠調整。一般都採取兩種方法:

1、採用零序電抗器。增加電抗器分接頭,調整零序電抗器的分接頭,就可以調整附加支路的電感量,達到補償的目的。如圖五

調整時,按下按鈕BS,調整電抗器的分接頭,使毫安表的指示電流最小。

2、採用磁放大器。首先說明磁放大器的原理。由對口型鐵芯成π型布置。在鐵芯的兩個邊柱各有一個交流線圈並相串聯,中柱有一個匝數較多的直流控制線圈。兩個交流線圈並想串聯時,應使其在中柱鐵芯產生交流磁通大小相等,方向相反,以保證在直流控制線圈中無感應電勢見圖六。

由電工基礎可知,一隻鐵芯線圈接入交流電路以後,其電感量L為:

L=(4πw2S10-8/1)μ

式中 L-線圈的電感量

W-線圈匝數

1-磁路長度

μ-鐵芯導磁係數

從上式中可知,當鐵芯的幾何尺寸確定以後,其電感量與匝數W平方成正比,與導磁係數μ有關,所以要得到各種不同的電感量,只要改變匝數W和μ就可以改變電感量,達到補償的目的。在鐵芯材料一定的情況下,其導磁係數決定於外加直流控制磁場的大小,隨著直流控制磁場的變化,磁化曲線上的工作點也隨之改變,因此導磁係數μ也就隨之改變。

調整時,按下按鈕BS,調節電位器W1使毫安表的讀數最小,就能達到最佳補償效果。

超/特高壓線路差動保護電容電流補償方法

在超/特高壓長輸電線中,分布電容電流將達到很高的水平,是影響電流差動保護靈敏度和選擇性的主要因素。特高壓電網,其特徵是電壓高、線路電容大,分布電容電流對差動保護的影響更加顯著。

電流差動保護主要有全電流差動保護和故障分量電流差動保護2 種。全電流差動保護得到了廣泛套用,對於全電流差動,目前最常用的電容電流補償方法是將線路等效為Π 模型的相量補償法。故障分量差動保護靈敏度高,抗電流互感器(TA)飽和能力強,也線上路保護中得到了套用。類似於全量電流差動保護,故障分量差動保護的電容電流補償方法也採用基於線路Π 模型的相量補償法。

當被保護線路上無故障支路時,使用Π 模型來模擬線路是足夠精確的,但發生故障後,仍舊用Π模型來模擬線路會有較大誤差,目前尚未有文獻對此問題做深入研究。本文首先針對基於線路Π 模型的故障分量電流差動保護的電容電流補償方法做了研究。指出Π 模型只能精確模擬一段無故障的線路,當線路上發生故障時,線路上的電容電流同時受線路兩端電壓和故障點電壓的影響,仍使用Π 模型來模擬線路會帶來較大的誤差。如果因故障分量差動保護判據已經採用了基於Π 模型的電容電流補償方法,而在整定時不考慮電容電流的影響,有可能造成保護誤動,整定時應避免此誤區。電容電流仍會影響故障分量電流差動保護判據的精度。其後對基於線路Π 模型的全量電流差動保護的電容電流補償方法進行了研究,線路上發生故障時,使用傳統方法計算電容電流也會帶來誤差,但與故障分量電流差動保護相比,計算誤差相對較小,整定時應作適當考慮。

結束語

綜上所述,電網分布電容是可以通過調節電感來進行補償的。目前很多類型的開關都實現了電容電流補償。如果在原電路的基礎上稍加改動,增加一些功能模組就可以實現智慧型調節電感量的大小。從而提高了防爆開關的保護性能。

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