С изолированной нейтралью

При замыкании на землю одной из фаз в системе с изолированной нейтралью путь для тока, идущего в землю, осуществляется через емкостную проводимость элементов каждой фазы относительно земли.

а б

Рис.7.10. Замыкание одной фазы на землю в системе с изолированной нейтралью: а – принципиальная схема, б – эпюра пространственного распределения тока нулевой последовательности.

Распределенные вдоль линии емкости каждой фазы относительно земли на рис.7.10, а условно представлены сосредоточенными емкостными сопротивлениями. Емкости между фазами не показаны, т.к. их влияние на ток замыкания на землю очень мало. Путь циркуляции тока на рисунке указан стрелками.

В действительности емкостная проводимость линии распределена равномерно по ее длине, поэтому эпюра пространственного распределения тока нулевой последовательности, который составляет одну треть тока замыкания на землю, вдоль линии выражается наклонной прямой (рис. 7.8, б).

Граничные условия для простого замыкания на землю, естественно, те же, что и для однофазного короткого замыкания на землю. Поэтому все выражения, полученные в разделе, в равной мере относятся к случаю простого замыкания на землю.

Емкостные сопротивления элементов электрической системы значительно превышают их индуктивные и активные сопротивления, что позволяет при определении тока простого замыкания на землю пренебречь последними и, следовательно, считать, что величина этого тока практически не зависит от места замыкания в рассматриваемой электрически связанной сети. Кроме того, так как этот ток относительно мал, при его определении можно считать, что напряжение источника сохраняется неизменным. При таких допущениях ток в месте замыкания на землю через электрическую дугу с сопротивлением будет:

,

где – результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности всех элементов, электрически связанных с точкой замыкания (практически линий и кабелей);

– среднее фазное напряжение той ступени, где рассматривается замыкание на землю.

Наибольшая величина тока замыкания на землю имеет место при металлическом замыкании ( ).

,

т.е. она превышает в 3 раза емкостный ток на землю в нормальных условиях. Для грубой оценки порядка величины тока замыкания на землю может служить упрощенная формула

,

где – среднее номинальное напряжение ступени, где рассматривается замыкание на землю, кВ;

– коэффициент, принимаемый для воздушных линий 350 и для кабельных линий – 10;

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

Для симметричных составляющих напряжений за сопротивлением дуги при принятых допущениях имеем

, (7.36)

, (7.37)

. (7.38)

Аналогично комплексной схеме при однофазном коротком замыкании на землю можно составить такую же схему для простого замыкания на землю. Пример такой комплексной схемы представлен на рис.7.11.

Из приведенной схемы непосредственно следует, что для ограничения тока простого замыкания целесообразно нейтраль трансформатора заземлить через индуктивную катушку (показано пунктиром). Индуктивность такой катушки можно выбрать так, чтобы был обеспечен резонанс между индуктивностью и емкостью, что приведет к , т.е. к полной компенсации тока простого замыкания на землю. Это условие выполняется при .

Опыт эксплуатации СЭС показывает, что при замыканиях на землю через дугу и малых значениях дуга гаснет практически без повторных зажиганий и сопровождающих их всплесков перенапряжений. С увеличением тока наблюдаются неоднократные повторные зажигания дуги и перенапряжения, что увеличивает вероятность перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное короткое замыкание. Поэтому в соответствии с правилами устройства электроустановок в сетях с изолированной нейтралью при определенных значениях должна выполняться компенсация емкостных токов замыкания на землю путем включения в нейтраль индуктивного сопротивления (дугогасящего аппарата).

Опытным путем установлено, что для обеспечения самопогасания дуги, возникшей при простом замыкании, необходимо, чтобы ток на землю не превышал

при 6 кВ – 30 А,

при 10 кВ – 20 А,

при 35 кВ – 10 А.

а

б

Рис.7.11. Простое замыкание на землю через дугу:

а – исходная схема; б – комплексная схема замещения