Нейтралью

Содержание лекции: замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью, компенсация емкостного тока замыкания на землю.

Цели лекции: изучение методов расчета замыкания фазы на землю в сети с изолированной нейтралью и способов компенсации емкостного тока замыкания на землю.

Электрические сети 6-35 кВ с изолированной нейтралью образуют распределительную сеть, по которой осуществляется электроснабжние большинства потребителей. Надежность распределительных сетей значительно ниже, чем сетей более высоких напряжений. На их долю приходится 70-80% перерывов электроснабжения.

6.1 Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью

При замыкании фазы на землю, называемом простым замыканием, ток определяется только емкостным сопротивлением сети. Емкостные сопротивления элементов сети значительно превышают их активные и индуктивные сопротивления, это позволяет при определении тока пренебречь последними. Рассмотрим простейшую трехфазную сеть, в которой произошло простое замыкание фазы А (см. рисунок 6.1).

Рисунок 6.1

Токи в фазах В и С определяются следующим образом (см. рисунок 6.1,б)

,

.

Модули токов и с учетом допущений С_А=С_В=С_С и U_А= U_B= U_C=U_Ф определяются как

.

Ток в земле определяется геометрической суммой токов I_B и I_C

.

В практических расчетах возможна грубая оценка величины тока замыкания на землю по формуле

где - средненоминальное фазное напряжение ступени;

N – коэффициент, принимаемый для воздушных линий равным 350, для кабельных – 10;

l – суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км.

Это означает, что величина тока замыкания не зависит от его места и определяется суммарной длиной линий сети.

6.2 Компенсация емкостного тока замыкания фазы на землю

В сетях напряжением 6-20 кВ и небольшой протяженности воздушных и кабельных линий ток замыкания фазы на землю составляет несколько ампер. Дуга в этом месте оказывается неустойчивой и самостоятельно гаснет. Следовательно, такие сети нормально могут работать в режиме простого замыкания. Увеличение напряжения и протяженности сети приводит к росту тока замыкания на землю до десятков и сотен ампер. Дуга при таких токах может гореть долго, она часто переходит на соседние фазы, превращая однофазное замыкание в двух- или трехфазное. Быстрая ликвидация дуги достигается за счет компенсации тока замыкания на землю путем заземления нейтрали через дугогосящий аппарат.

В настоящее время в качестве дугогосящего аппарата применяются дугогосящий реактор (см.рисунок 6.2).

Для ограничения тока простого замыкания на землю необходимо нейтраль трансформатора заземлить через индуктивность, величина которой выбирается так, чтобы в схеме нулевой последовательности возник резонанс токов. При этом ∞, что приводит к полному исчезновению тока замыкания на землю. Пренебрегая индуктивными сопротивлениями трансформатора и линии, находим, что резонанс наступает при Х_р= Х_с0/3. Дугогосящие реакторы имеют ступенчатое регулирование индуктивности. С их помощью ток однофазного замыкания снижается в десятки раз, что вполне достаточно для погасания дуги в месте замыкания.

Рисунок 6.2

В нормальном режиме работы сети всегда имеется небольшое смещение нейтрали, т.е. потенциал нейтрали всегда отличен от нуля. Это происходит из-за несимметрии фаз линий электропередачи, исключить которую в распределительных сетях не удается. Смещение нейтрали составляет обычно 3-4% фазного напряжения, что вполне допустимо и не представляет опасности. Но при включении дугогосящего реактора в нейтраль ее потенциал может существенно увеличиться. Рассмотрим схему сети (см. рисунок 6.3).

Рисунок 6.3

Напряжение на нейтрали сети без дугогосящего реактора определяется

где - проводимость фазы.

При полной симметрии системы, когда и , напряжение на нейтрали U_NO = 0. При включении реактора

.

Учитывая, что << , получаем

. (6.1)

При полной компенсации емкостного тока замыкания на землю ( ) имеем

.

Таким образом, при включении в нейтраль сети реактора потенциал нейтрали становится во столько раз больше потенциала U_NO (в отсутствии реактора), во сколько раз индуктивное сопротивление реактора больше его активного. Отношение Х_р/R_p может достигать нескольких десятков единиц, а потенциал нейтрали может превышать фазное напряжение, что недопустимо. Уменьшение потенциала нейтрали, как следует из уравнения (6.1), может быть достигнуто уменьшением значения U_NO либо расстройкой резонансного контура.

С целью уменьшения U_NO в системах с резонансным заземлением нейтрали применяют транспозицию проводов для симметрирования емкостей фаз. По правилам устройства электроустановок (ПУЭ) степень несимметрии емкостей по фазам относительно земли не должна превышать 0,75%.

Небольшая расстройка резонансного контура, не приводящяя к ухудшению условий гашения дуги, особенно эффективна в сетях, не имеющих транспозиции. Расстройка контура производится в сторону перекомпенсации. Это исключает попадание в режим полной компенсации после отключения одной из фаз на участке какой-либо линии.

ПУЭ не ограничивает длительность работы сети с замыканием фазы на землю. Несмотря на это, а также на то, что простое замыкание не нарушает режима работы потребителя, оно должно быть как можно быстрее найдено и ликвидировано, ток как место замыкания всегда представляет опасность для людей и животных и замыкание одной фазы может превратиться в замыкание между фазами.