 |
1.3. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью
|
|
|
|
Наиболее частым повреждением в сетях напряжением 6–35 кВ является однофазное замыкание на землю, которое может носить разный характер: сопровождаться дугой (наиболее частое проявление) или быть глухим металлическим (наиболее редкое проявление). Сама дуга может быть устойчивой или перемежающейся.
Обычно в расчетах параметров режима электрической сети напряжением 6–35 кВ, т. е. сети с изолированной нейтралью, пренебрегают емкостными проводимостями воздушных линий электропередачи. Действительно, оценим величины параметров П-образной схемы замещения воздушной линии. Пусть рассматривается линия общей длиной 10 км напряжением 10 кВ, выполненная проводом марки АС – 95/16 с ОЗЗ на фазе «а», рис. 1. 7.
Рис. 1. 7. Схема трехфазной электрической сети
Справочные данные погонных параметров линии (на 100 км длины) и проводимости нулевой последовательности (НП) следующие:
Ом, 
Ом, 
См. 
См.
Поскольку ОЗЗ в общем случае нельзя считать металлическим, учтем сопротивление контакта в месте замыкания сопротивлением 
. На рис. 1. 8 приведена схема замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей для линии длиной 10 км.
Активное сопротивление линии:
Ом.
Индуктивное сопротивление линии:
Ом.
Емкостная проводимость линии:
См.
Рис. 1. 8. Комплексная схема замещения
Соответствующие емкостные сопротивления линии составят:
Ом. 
Ом.
Нижние индексы «1» и «2» означают начальный и конечный участки ВЛ по отношению к месту ОЗЗ. Верхние индексы относятся к номерам последовательностей. Учтено, что сопротивления прямой и обратной последовательностей линии равны между собой.
|
|
|
Исходя из приведенных выше значений параметров ВЛ можно сделать вывод, что токи в схеме замещения на рис. 1. 8 будут очень мало зависеть от места ОЗЗ: для определения тока замыкания на землю с достаточностью точностью расчетов можно пренебречь в сравнении с емкостными сопротивлениями всеми линейными сопротивлениями, т. к. они отличаются на четыре порядка, что приводит к известной схеме замещения, когда ЭДС сети приложена к емкостной проводимости сети и утроенному контактному сопротивлению, рис. 1. 9.
Рис. 1. 9. Результирующая схема замещения
Обычно от шин центра питания (ЦП) отходят не одна, а в общем случае N линий электропередачи и в схеме на рис. 1. 7 необходимо учесть их наличие. Исходя из приведенных выше соотношений между параметрами воздушной линии электропередачи, можно принять, что на рис. 1. 9 вместо проводимости 
следует подставить результирующую емкостную проводимость 
всех остальных линий, питающихся от общей секции сборных шин распределительного устройства низшего напряжения ЦП:
, (1. 14)
где 
– полная длина n–й электропередачи.
Пусть от шин ЦП, помимо рассматриваемой, питаются еще 10 линий с такой же погонной емкостной проводимостью общей длиной 100 км. Тогда, согласно принятым исходным данным, 
См. Очевидно, что и в этом случае можно пренебречь всеми линейными сопротивлениями.
Вопрос о том, за счет чего и какой именно измеряется ток нулевой последовательности, рассмотрим более подробно. Пусть имеется только одна электропередача, в начале которой установлен датчик тока нулевой последовательности. На кабелях в качестве такового это может быть трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) или т. н. катушка Роговского.
Для воздушных линий ТНП не применяются, но ВЛ могут подключаться к выключателю распределительного устройства ЦП через кабельную вставку, на которой установлен ТНП. В последнее время появились специальные воздушные трансформаторы тока, предназначенные для ВЛ, на основе катушки Роговского, т. е. замер тока нулевой последовательности вполне возможен и для воздушных линий электропередачи.
|
|
|
Если обратиться к рис. 1. 10, то нетрудно убедиться, что для одиночной линии датчик токов НП, установленный в начале электропередачи, ничего не замерит.
Рис. 1. 10. Пути протекания токов нулевой последовательности
По рис. 1. 10 видно, что токи НП замыкаются до места установки датчиков тока НП (на рис. 1. 10 в качестве датчика условно обозначен трансформатор тока нулевой последовательности). Только наличие других электропередач общей проводимостью 
делает работоспособной систему измерений токов НП, рис. 1. 11. В этом случае все емкостные токи N-1 линии, за исключением тока поврежденной линии, проходят через ТНП этой линии. На рис. 1. 11 этот суммарный ток НП обозначен как i0N-1.
Чем больше суммарный емкостный ток, тем выше чувствительность защиты от ОЗЗ. Поскольку он далее растекается по всем N-1 линиям, то на этих линиях защита от ОЗЗ не работает, т. к. отстроена от наибольшего емкостного тока одиночной линии. Таким образом, в ЦП на линии с ОЗЗ измеряется не полный ток замыкания 
, а его часть, пусть и наибольшая 
. Расчетным путем его можно определить как
, (1. 15)
где 
– емкостная проводимость той линии, на которой произошло ОЗЗ.
Поскольку для всей электрической сети известны емкостные проводимости всех линий, то вычисления по формуле (1. 12) позволят определить ток замыкания нулевой последовательности.
Рис. 1. 11. Распределение токов нулевой последовательности
в электрической сети
Принятые обозначения:
– напряжение нулевой последовательности условного источника в месте ОЗЗ;
– ток нулевой последовательности в поврежденной линии электропередачи;
– суммарный ток нулевой последовательности, замыкающийся через емкостные проводимости всех остальных линий.
|
|
|
