Если в сетях напряжением 0,38 , 110 кВ и выше всякое замыкание на землю представляет собой однофазовое куцее замыкание (вследствие глухого заземления нейтрали), то в электрических сетях 6…35 кВ включительно соединение провода с землёй не является маленьким замыканием ( так как нейтраль изолирована от земли). Такое замыкание в рассматориваемых сетях именуется замыканием на землю.
При замыкании на землю, если переходное сопротивление в месте замыкания равно нулю, то напряжение повреждённой фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжение неповреждённых фаз – увеличивается в раз и становится равным междуфазному.
Провода ВЛ владеют ёмкостью по отношению к земле, и через неё течёт ёмкостный ток замыкания на землю. Сила этого тока не велика, она составляет единицы либо 10-ки ампер, но при некоторых критериях может вызвать отрицательные последствия. Потому нужно уметь определять силу тока замыкания на землю, дабы оценить вероятную опасность от его прохождения в сети.
Пусть имеем трёхфазную сеть с изолированной нейтралью (рис. 4.13 а). Ёмкости фазных проводов по отношению к земле примерно равны:
Тогда токи, протекающие через эти ёмкости также равны:
Не считая того, эти токи смещены один относительно другого на угол 120 0 .
Поэтому, их геометрическая сумма равна нулю и ток в земле – отсутствует.
При замыкании на землю, к примеру фазы »А», её напряжение относительно земли станет равным нулю, поэтому, ток также будет равен нулю, т.е. .
При всем этом в 2-ух других, неповреждённых фазах напряжение возрастёт в раз, а токи в этих фазах будут определяться как геометрическая сумма с током до замыкания.
Абсолютное значение токов в этих фазах будет определяться как по следующим выражениям.
Ток в земле равен геометрической сумме токов в фазах:
Из представленной векторной диаграммы (рис. 4.13, б), при условии, что , следует, что: ,
где — фазное номинальное напряжение сети; — угловая частота переменного тока при Гц; — ёмкость полосы по отношению к земле. Для ВЛ ; для КЛ: .
Рис. 4.13, б. Векторная диаграмма токов до и после замыкания фазы на землю
Подставив приобретенные значения в начальную формулу, можно получить приближённые формулы для определения тока замыкания на землю в сетях 6…35 кВ с изолированной нейтралью:
— для сетей, выполненных ВЛ: ;
— для сетей, выполненных КЛ: ,
где — линейное (междуфазное) напряжение, кВ; — общая длина всех электрически соединённых линий данного напряжения, км.
Величина тока замыкания на землю не должна превосходить следующих значений:
Напряжение, кВ: 6 10 20 35
Сила тока, А: 30 20 15 10.
В электрических сетях напряжением 6…35 кВ, выполненных на железобетонных либо железных опорах сила тока замыкания на землю во всех случаях не должна превосходить 10 А.
Если сила тока не превосходит обозначенных значений, то при замыкании фазы на землю нет необходимости немедля отключать линию (если это не угрожает безопасности людей и животных) и она может работать до того времени, пока не будет найден и отключен для ремонта повреждённый участок (но менее чем на 2 часа).
При токах, больше приведённых значений, в месте замыкания на землю может появиться перемежающаяся дуга. Она зажигается и угасает с частотой, равной рабочей частоте тока в установке либо даже превышая её. В связи с этим в сети появляются перенапряжения, которые способны достигать трёх,-четырёхкратных значений номинального напряжения, что представляет опасность для изоляции, в особенности при напряжении 35 кВ.
Не считая того, от теплового деяния дуги в месте замыкания на землю появляется опасность повреждения изоляции, разрушения железобетонных и возгорания древесных опор. Вследствие этого увелдичивается возможность перехода дуги замыкания на землю в куцее замыкание между фазами, в особенности в кабельных сетях.
Для уменьшения тока замыкания на землю, который является ёмкостным, между нейтралью трансформатора и землёй включают дугогасительную индуктивную катушку. Её индуктивный ток может стопроцентно восполнить и даже перекомпенсировать ёмкостный ток замыкания на землю. Электрические сети, нейтраль которых соединена с землёй через индуктивную дугогасительную катушку, именуются возмещенными.
Следует учесть, что воздушные сети напряжением 35 кВ, не имеющие сильной нагрузки компенсируют в отдельных случаях. При всем этом при напряжении 6…20 кВ в большинстве случаев компенсация не осуществляется. Вкупе с этим, в кабельных сетях ток замыкания на землю в 30…35 раз больше, чем в воздушных линиях при той же длине. Потому кабельные сети нередко приходится восполнить дугогасительными катушками даже при напряжении 6…10 кВ.
Однофазовое (обычное) замыкание на землю
Замыкание на землю одной из фаз в системе с изолированной нейтралью нередко именуется обычным замыканием. Путь тока, идущего в землю, осуществляется через емкостную проводимость частей каждой фазы относительно земли (рис. 14.11), где распределенные вдоль полосы емкости каждой фазы условно представлены сосредоточенными величинами в ее конце. Емкости между фазами для простоты изложения не учитываются.
Рис. 14.11. Обычное замыкание на землю
Поступая в землю в месте замыкания, ток ворачивается по неповрежденным фазам через их емкостные проводимости относительно земли. Емкостная проводимость покоробленной фазы оказывается зашунтированной рассматриваемым замыканием. Разумеется, что больший ток будет в точке повреждения. Токи в неповрежденных фазах будут равномерно возрастать по мере приближения к источнику.
Расчет тока обычного замыкания проводится аналогично расчету однофазового недлинного замыкания в сети с заземленной нейтралью. Естественно, что граничные условия для него те же. Емкостные сопротивления частей электрической системы существенно превосходят их индуктивные и активные сопротивления, что позволяет при определении тока обычного замыкания на землю пренебречь последними и, поэтому, считать, что величина этого тока фактически не находится в зависимости от места замыкания в рассматриваемой сети. Так как сети с изолированной нейтралью обычно не имеют собственных источников, считают, что шины высшего напряжения трансформатора являются источником нескончаемой мощности. При таких допущениях большая величина тока замыкания на землю составляет (см. формулу (14.18))
где t/ф — среднее фазное напряжение той ступени, где рассматривается замыкание на землю; xCCG—результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности воздушных и кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания.
При учете в месте замыкания сопротивления электрической дуги формула (14.21) воспринимает вид
Как и было показано выше, ток обычного замыкания на землю втрое превосходит емкостный ток на землю одной фазы в обычных
критериях. Оценить величину хс01 можно по известной формуле х =-.
Для грубой оценки порядка величины тока емкостное сопротивление оценивается по длине линий I (км) и применяется облегченная формула
где 17 м.ф — среднее номинальное фазное напряжение ступени, где рассматривается замыкание на землю; N — коэффициент, принимаемый для ВЛ равным 350 и для кабельных линий — 10.
Такая оценка значит, что величина тока замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью не находится в зависимости от места замыкания, а определяется длиной полосы.
Ограничение тока достигается включением в нейтраль дугогасящего реактора с индуктивностью xL. Так как xL оказывается включенным параллельно схсо (см. рис. 14.6), имеем xos = ^ XlXco t откуда
при xL ——хсо выходит условие резонанса тока (см. рис. 14.7), т.е. условие полной компенсации тока обычного замыкания.
Найти ток однофазового замыкания на землю, возникающего на шинах напряжением U„ = 35 кВ понизительной подстанции с разветвленной кабельной сетью. Эквивалентное емкостное сопротивление нулевой последовательности кабельных линий хс02 = 4250 Ом. Предугадать, если нужно, установку дугогасящего реактора.
Этот ток превосходит допустимую для этого значения напряжения величину 10 А (см. табл. 14.1). Потому нужна установка дугогасящего реактора. Его сопротивление получаем из условия резонанса токов, когда
При неполном замыкании одной из фаз на землю, т.е. при замыкании через переходное сопротивление, напряжение и ток нулевой последовательности уменьшаются по сопоставлению с железным замыканием. Это понижение принято охарактеризовывать коэффициентом полноты замыкания на землю
где UK0 — напряжение нулевой последовательности в месте замыкания на землю.
