Токи замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Учёт сопротивления дуги.

Ответ:

Токи замыкания на землю. Оценим сначала величину тока замыкания на землю I З в неразветвленной схеме, приведенной на рис. 5.2.Согласно первому закону Кирхгофа, учитывая положительные направления токов, указанные на рис. 5.5, можно записать:

Из выражения (5.13) следует, что ток в месте замыкания на землю состоит из трех слагаемых: тока несимметрии емкостного тока и активного тока Ток несимметрии и активная составляющая очень малы: I Н С в соответствии со значением U 0 составляет не более 2 % от IС. Таким образом, в незаземленных системах основная составляющая тока замыкания на землю – это емкостный ток, величина которого зависит от характера замыкания (величины R П) и суммарной емкости сети. Таким образом при металлическом замыкании на землю ток замыкания на землю будет максимален и по модулю равен Рассмотрим теперь картину распределения емкостных токов при замыкании на землю в разветвленной сети (рис. 5.7). Для простоты взят случай металлического замыкания на землю фазы А на линии W 3, причем для наглядности взяты другие положительные направления емкостных токов. Емкостные токи в поврежденных фазах неповрежденных линий отсутствуют, а емкостные токи неповрежденных фаз всех линий суммируются в обмотках электрической машины (генератора или трансформатора) и суммарный ток протекает через место повреждения. Расчет токов замыкания на землю. Расчет токов замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью необходим для расчета уставок релейной защиты от замыканий на землю, выбора дугогасящих компенсирующих устройств и т. д.

Расчет ведется при следующих допущениях: - учитывается лишь емкостный ток замыкания на землю; - замыкание на землю считается металлическим, т. е. R П = 0. Емкостный ток замыкания на землю определяется по формуле где U Ф – фазное напряжение, В; с – круговая частота сети, 1/с; С 0 – удельная емкость воздушной или кабельной линии, Ф/км; С дв – емкость фазы двигателя (генератора, компенсатора) относительно земли (корпуса), Ф. Емкость фазы для воздушных и кабельных линий выбирается из справочной литературы. Расчет тока замыкания на землю по току замыкания воздушных и кабельных ЛЭП и двигателей можно производить по формуле

где IС кл и IС вл – удельные токи кабельных и воздушных линий (прил. 1), А/км; L кл, L вл – длина однотипных электрически связанных кабельных или воздушных ЛЭП, км; IC дв – ток замыкания на землю двигателей, А. Для воздушных линий величина емкостного тока замыкания на землю определяется по импирической формуле где U ном – линейное напряжение, кВ; L вл – длина электрически связанных воздушных ЛЭП, км. Ток замыкания на землю в сети с кабельными линиями можно определять по формуле

где U ном – номинальное линейное напряжение сети, кВ; L – суммарная длина кабельных линий одинакового сечения, км; s – сечение кабеля, мм2. Для приближенных расчетов допускается ток замыкания на землю кабельных и воздушных линий рассчитывать по импирической формуле

где U л – линейное напряжение, кВ; L кл и L вл – суммарная длина кабельных и воздушных ЛЭП, км. Ток замыкания на землю электродвигателей определяется по импирическим формулам: при U ном = 6 кВ IС дв = 0,017 S дв.ном, при U ном = 10 кВ IC дв = 0,03 S дв.ном, где S дв.ном – номинальная мощность двигателя, МВ А. Переходные процессы при пробое фазы на землю и обрыве дуги. В незаземленных сетях при замыкании фазы на землю имеют место как устойчивые, так и перемежающиеся дуги. Характер дуги зависит от величины тока замыкания и условий, в которых она возникла. Замыкание через устойчивую дугу эквивалентно замыканию через небольшое активное сопротивление R П (от единиц до нескольких десятков Ом). Перемежающейся называется дуга, в процессе горения которой имеют место быстро следующие друг за другом пробои дугового промежутка (зажигания дуги и погасания дуги). Этот процесс может быть весьма длительным. Перемещающаяся дуга приводит к развитию электромагнитных колебаний в сети, возникающих при каждом зажигании и погасании дуги. Эти колебания, накладываясь друг на друга, могут обусловить значительные перенапряжения, достигающие 4,2 U Фmax. Рассмотрим характер переходных процессов при пробое фазы на землю и последующем обрыве дуги, используя упрощенную схему на рис. 5.8.

На рис. 5.9 сплошными линиями показаны кривые изменения напряжений относительно земли: поврежденной фазы А (UА), неповрежденной фазы В (UВ), нейтрали Н (U Н), а также показан ток замыкания I З. Допустим, пробой произошел в момент времени t, когда напряжение поврежденной фазы проходит через максимальное значение В установившемся после замыкания на землю режиме напряжение фазы В должно стать равным междуфазному напряжению eAB, а напряжение на нейтрали – ЭДС – еА. Однако установившемуся режиму предшествует переходный процесс, который можно разбить на два этапа. Непосредственно после замыкания фазы А емкость неповрежденной фазы СВ, заряженная до напряжения UB (t 1) = eB (t 1), соединяется параллельно с междуфазной емкостью САВ (рис. 5.8), находящейся под напряжением UAB (t 1) = eAB (t 1). Напряжения на обеих емкостях практически мгновенно выравниваются, и они приобретают одинаковое напряжение U нач В: где СМ Ф = САВ = СВС = ССА – емкости между проводами фаз; С Ф = СА = СВ = СС – емкости между фазой 1 и землей.

При значении

получим: В фазе С процесс проходит аналогично, поэтому На нейтрали в момент замыкания также имеет место скачкообразное увеличение напряжения с нуля до U начH. Нейтраль изменяет свой потенциал так, что он равен 2/3 напряжения на неповрежденных фазах, т. е. Таким образом, непосредственно после замыкания на землю напряжение на неповрежденных фазах и нейтрали изменяется скачком, далее начинается второй этап переходного процесса – перезаряд емкостей СВ, САВ, СС, САС через источник и место замыкания, т. е. колебания вокруг вынужденных напряжений еАВ, еАС. Напряжение UВ достигает максимального значения через половину периода свободных колебаний, т. е. при Для нашего случая: UВМ = 2,22 ЕМ Ф = UСМ. Напряжение на нейтрали во втором этапе переходного процесса также представляет собой сумму вынужденной и свободной составляющих Для нахождения максимального значения U Н для времени t 2 имеем U Н М = 1,48 ЕМ Ф. С момента замыкания в канале дуги проходит ток, который состоит из вынужденной составляющей промышленной частоты iС и свободной составляющей i св, обусловленной перезарядом емкостей неповрежденных фаз через источник питания. Амплитуда свободной составляющей намного больше вынужденной, поэтому полный ток i З проходит через нуль приблизительно в момент времени t 2, т. е. в момент максимума напряжения в неповрежденных фазах и нейтрали. При переходе тока через нуль имеет место попытка гашения дуги, результат которой зависит от соотношения между скоростями восстановления электрической прочности дугового промежутка и напряжения на нем. Если дуга не погаснет ни в момент времени t 2, ни в последующие моменты перехода тока замыкания через нуль, то свободные колебания затухнут и все величины примут значения вынужденных

составляющих. Если же дуга погаснет в момент времени t 2, то вновь имеет место переходный процесс, который накладывается на еще не затухший переходный процесс, вызванный замыканием на землю. Именно наложение переходных процессов при быстро следующих друг за другом зажиганиях и погасаниях дуги приводит к значительным перенапряжениям. Рассмотрим подробнее случай погасания дуги в момент времени t 2. После погасания дуги вынужденное напряжение по отношению к земле на каждой из трех фаз равно сумме ЭДС соответствующей фазы и напряжения на нейтрали: Напряжение U Н после момента t 2 уменьшается очень медленно. Его уменьшение обусловлено стеканием зарядов, оставшихся на фазных емкостях, в землю через изоляцию. Переход к вынужденным напряжениям на фазах сети осуществляется посредством высокочастотных колебаний с частотой w2, которая характеризуется параметрами источника L и сети С. После затухания свободных колебаний происходит более медленный подъем напряжения на поврежденной фазе.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: