Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью

В рассмотренных выше случаях несимметричных повреждений нейтраль источника питания была заземленной. С таким режимом нейтрали работают электрические сети напряжением 110 кВ и выше. Сети напряжением 6, 10, 35 кВ работают с изолированной нейтралью. В таких сетях при замыкании одной фазы на землю короткозамкнутый контур не образуется и тока КЗ не будет. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью называется просто замыканием, а не коротким замыканием.

Рассмотрим сначала нормальный режим работы сети с изолированной нейтралью (рис. 1.12). Источник U работает на линию, емкостные проводимости которой моделируются емкостями С. Под действием напряжений U _a, U _b, U _c через емкости С протекают емкостные токи

I _ca= I _cb= I _cc= U wC,

где U – фазное напряжение.

Геометрическая сумма емкостных токов

I _ca+ I _cb+ I _cc=0.

При замыкании на землю, например, фазы С в схеме произойдут следующие изменения (рис. 1.13):

- нейтраль (точка нулевого потенциала) будет в месте замыкания на землю;

- в нейтральной точке источника будет фазное напряжение (- U _c);

- напряжения неповрежденных фаз по отношению к точке нулевого потенциала увеличатся в Ö3 раз

U ’_a= U _a - U _c = U _ac = Ö3 U и U ’_b= U _b - U _c = U _bc = Ö3 U;

- емкостной ток фазы с будет равен нулю I _cc=0, вследствие шунтирования емкости этой фазы замыканием на землю;

- емкостные токи неповрежденных фаз увеличатся в Ö3 раз

I’ _ca= I’ _cb=Ö3 U wC;

- геометрическая сумма токов I’ _ca и I’ _cb даст величину 3 U wC.

 

Рис. 1.12. Нормальный режим сети с изолированной нейтралью

 

.

Рис. 1.13. Режим сети при замыкании на землю

 

Таким образом, при однофазном замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью в месте замыкания течет ток емкостного характера, величина которого равна арифметической сумме емкостных токов фаз в предшествующем режиме:

I _cS = 3 U wC = 3 Ub ₀ L,

где b ₀ – емкостная проводимость 1 км линии;

L – суммарная длина линий сети.

При значительном токе замыкания на землю в месте повреждения возникает перемежающаяся дуга, вызывающая опасные для изоляции перенапряжения и возможность перехода повреждения в двух- или трехфазное КЗ.

Ток замыкания на землю может быть уменьшен (скомпенсирован) с помощью реактора L, включенного в нейтраль источника (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Компенсация емкостных токов

 

В этом случае при замыкании на землю в месте повреждения дополнительно к емкостному току потечет ток индуктивного характера

I _L= .

Поскольку токи емкостного и индуктивного характера имеют противоположное направление (см. векторную диаграмму рис. 1.14), ток в месте повреждения может быть уменьшен до требуемой величины.

В соответствии с ПУЭ компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока:

- в сетях 6 кВ – более 30 А;

- в сетях 10 кВ – более 20 А;

- в сетях 35 кВ – более 10 А.

Электрические сети с реакторами в нейтралях источников называются сетями с компенсированной нейтралью.

 

Вопросы для самопроверки

1. Назовите виды несимметричных КЗ.

2. Какой метод применяется при расчетах несимметричных КЗ?

3. Поясните термины «прямая последовательность», «обратная последовательность», «нулевая последовательность».

4. Приведите выражения, связывающие векторы А, В, С несимметричной системы с векторами А ₁, А ₂, А ₀ симметричных систем.

5. Приведите выражения, связывающие векторы А ₁, А ₂, А ₀ симметричных системс векторами А, В, С несимметричной системы.

6. Приведите алгоритм метода симметричных составляющих.

7. Приведите граничные условия для различных несимметричных КЗ.

8. Приведите принципиальные комплексные схемы замещения для различных несимметричных КЗ.

9. Приведите векторные диаграммы токов для различных несимметричных КЗ.

10. Приведите векторные диаграммы напряжений для различных несимметричных КЗ.

11. Сформулируйте правило эквивалентности прямой последовательности тока.

12. Назовите режимы работы нейтралей в электрических сетях.

13. Какой характер имеет ток при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью?

14. Как рассчитывается величина емкостного тока замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью?

15. Приведите векторные диаграммы напряжений и емкостных токов в нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью.

16. Приведите векторные диаграммы токов и напряжений при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью.

17. Как уменьшить емкостной ток замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью?

18. Поясните термин «компенсированная нейтраль».

19. Какова опасность большого тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью?

20. Каковы требования ПУЭ к величинам тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью?