11.30. Какие сети считаются с малым током замыкания на землю ?

В электрических сетях 6-35 кВ России, работающих, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) невелики, они не превышают 20-30 А. Поэтому сети этих классов напряжения называют сетями с малым током замыкания на землю. Однако ОЗЗ представляют большую опасность для оборудования электрических сетей и для находящихся вблизи места ОЗЗ людей и животных. В связи с этим ПТЭ требуют в одних случаях быстро автоматически отключать ОЗЗ, а в других – немедленно приступать к определению присоединения с ОЗЗ и затем отключать его.

Работа сети в режиме с изолированной нейтралью допускается ПТЭ в тех случаях, когда суммарный емкостной ток не превышает 30 А для сети 6 кВ, 20 А – для сети 10 кВ, 15 А – для сети 15-20 кВ и т. д. Исключение составляют ВЛ на железобетонных и металлических опорах, где суммарный емкостной ток при ОЗЗ не должен превышать 10 А. Это объясняется тем, что при длительном прохождении тока ОЗЗ через опору возможно высыхание грунта вблизи заземления опоры и увеличение общего сопротивления заземления опоры, а также может быть причиной внутренних повреждений железобетонных опор, нарушающих ее прочность.[2].

11.31.Чему равны токи и напряжения в нормальном режиме сети с изолированной нейтралью ?

В нормальном режиме напряжения проводов А,В,С по отношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям Uа, Uв, Uс и их сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали отсутствует. Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме, равна нулю, и поэтому ток нулевой последовательности (3Jо) отсутствует.[9].

11.32.Чему равны токи и напряжения при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ?

Напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышаются до междуфазных значений. Междуфазные напряжения остаются неизменными. В месте повреждения проходят токи, замыкающиеся через емкости неповрежденных фаз сети. Ток замыкания равен утроенному значению нормального емкостного тока фазы. В воздушных сетях емкостной ток замыкания находится в пределах от долей до нескольких десятков ампер; в кабельных – от нескольких ампер до 200-400 А в сетях больших городов. Емкостные токи замыкания равны току нулевой последовательности совпадают по фазе и опережают вектор напряжения.[9].

11.33. Как распределяются токи на линии при замыкании на линии ?

В нормальном режиме при отсутствии замыкания на землю, под действием фазных напряжений через распределенные емкости каждой фазы токи подтекают в линию и затем к источнику питания, где складываясь под углом 120⁰, дают в сумме нуль при равных емкостях фазы. Ток в земле отсутствует, т.к. в каждой точке получаются три одинаковых тока сдвинутых под углом 120^о.

При замыкании на землю произойдет перераспределение токов, к нормальным зарядным токам добавляются токи замыкания на землю, в неповрежденных фазах токи увеличиваются за счет повышения напряжения до линейного. В поврежденной фазе на участке линии от источника питания до места повреждения ток изменяет свою величину и направление, т. к. будет уже направлен к месту повреждения, и в этом же проводе будет проходить суммарный ток двух неповрежденных фаз. Соответственно появятся токи в земле под проводами. В разных точках линии токи отличаются по величине и направлению. Их величина также будет зависеть и от места замыкания на землю. Ток имеет максимальную величину в месте замыкания на землю, в то же время как его полная величина не зависит от места замыкания на землю, практически постоянна для данного участка сети.

Ток проходящий в земле будет равен сумме токов в проводах для каждой точки линии. В конце линии ток всегда будет равен нулю, за исключением случая, когда замыкание на землю происходит в конце линии.

Отметим только, что в линии с двухсторонним питанием емкостной ток будет оттекать от места повреждения в противоположные стороны к обоим источникам питания и через них в неповрежденные фазы. Следовательно, в неповрежденных фазах будет существовать точка токораздела, где емкостной ток будет равен нулю. Положение этой точки будет зависеть от расположения места замыкания на землю. Суммарный же емкостной ток не будет равен нулю ни в одной точке линии.

Если замыкание на землю возникло на короткой линии, то ток к месту замыкания на землю может быть соизмерим с подтекающим к шинам емкостным токам другой разветвленной линии. Если к шинам подсоединены еще линии, то их суммарный емкостной ток добавится в поврежденную линию и на ее участке от начала до места замыкания на землю ток увеличится на величину этой добавки. На эту же величину увеличится ток в месте замыкания на землю.

Активная составляющая тока замыкания на землю имеет величину порядка 2-5% значения емкостного тока. В момент включения выключателя на емкость сети через него пройдет первоначальный бросок емкостного тока замыкания на землю, достигающий пятикратной величины установившегося значения.[47].

11.34. Как определить емкостной ток ЛЭП ?

Емкостной ток практических расчетов определяется по формулам [35]:

для воздушных сетей Iс⁽¹⁾ = UL/ 350 или Ic = 2,7 UL10^-3

для кабельных сетей Iс⁽¹⁾ = UL/ 10

где U – линейное напряжение, кВ

L – длина линии, км.

Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 или 10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя (при внешних ОЗЗ) можно ориентировочно определить по формулам:

При Uн.дв. = 6 кВ Iс.дв ≈ 0,017 Sн.дв.

При Uн.дв = 10 кВ Iс.дв. ≈ 0,03 Sн.дв.

Sн.дв. = Рн.дв/ соѕφ·ή

Если емкостные токи превышают 30 А для сети 6 кВ, 20 А – для сети 10 кВ то требуется выполнить компенсацию емкостного тока с помощью дугогасящих реакторов.[2].

11.35. Как определить ток замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью ?

Емкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит. Значение тока в месте замыкания на землю определяется cследующим выражением:

Iз = 3U_фωС = 3U_ф2πƒС

где ƒ – частота сети, Гц

С – емкость одной фазы сети относительно земли.

Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1км кабельной линии :

для линий 6 кВ I_з = (95 + 2,84S)U_ном / ( 2200 + 6 S)

для линий 10 кВ I_з = (95 + 0,23S)U_ном /( 2200 + 0,23 S)

где S – сечение кабеля, мм²

U_ном – номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ.

Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ – 0,015 А/км; 10 кВ – 0,025 А/км; 35 кВ – 0,1 А/км.[43].

11.36. Каковы особенности поведения МТЗ при двойных замыканиях на землю ?

В сети с изолированной нейтралью возможны одновременные замыкания на землю разноименных фаз в двух разных точках сети. В этих случаях желательно отключать не обе поврежденные ЛЭП, а только одну из них. При случайном расположении ТТ (на разных участках, на разноименных фазах) МТЗ может работать неправильно, если оба замыкания на землю возникнут на тех фазах, где ТТ нет. В этом случае МТЗ обеих поврежденных ЛЭП не подействуют, что повлечет не селективное отключение источника питания сети. При размещении ТТ на одноименных фазах А и С повреждения будут отключаться селективно (т.е. в одной точке сети), за исключением следующих случаев:

• если более удаленное от источника питания замыкание на землю окажется на фазе В, не имеющей ТТ, а второе на фазе А или С, то в этом случае подействует МТЗ и отключит ближнюю к источнику питания ЛЭП;

• если оба замыкания на землю возникают на отходящих от ПС ЛЭП, имеющих МТЗ с одинаковыми выдержками времени и на тех фазах (А и С), которые оборудованы ТТ, то двухфазные МТЗ обеих ЛЭП отключат обе точки повреждения одновременно, т.е. МТЗ обе МТЗ работают не селективно. Совершенно так же в этом случае действует МТЗ и в трехфазном исполнении;

• если одно повреждение возникает на фазе В, не имеющих ТТ, а второе на фазе А или С, имеющей его, то двухфазная МТЗ работает только на одной из двух поврежденных ЛЭП, в результате чего одно из поврежденных ЛЭП остается в работе. Трехфазная МТЗ в приведенном случае действует не селективно, отключая обе ЛЭП при любом сочетании поврежденных фаз.

Таким образом, в первом из трех приведенных случаев имеет преимущество трехфазная схема, а в третьем двухфазная, которая действует правильно в 2/3 случаев повреждений. С точки зрения ликвидации двойных замыканий на землю двухфазная схема имеет преимущество перед трехфазной, что и обеспечивает ее применение.[9].

11.37. Назовите особенности повреждений на линиях 6-10 кВ .

Проведенные расчеты показали, что в сетях 6-10 кВ в большинстве случаев ток при двойных замыканиях на землю не превышает уставку МТЗ. Результаты расчетов хорошо согласуются с данными испытаний – созданием искусственного замыкания на землю трех фаз линии с помощью металлических стержней вбитых в землю на расстоянии друг от друга от 4 до 7 м.

В процессе эксплуатации нередко фиксировались случаи обрыва проводов ЛЭП 6-10 кВ. В месте их соприкосновения с землей возникала электрическая дуга, но повреждение защитой не отключалось. Отказов защит этих присоединений при металлических КЗ не отмечалось.

Нередко ЛЭП 6-10 кВ отключаются отсечкой не при коротком замыкании, а от броска тока намагничивания силовых трансформаторов 6-10/ 0,4 кВ. Эксплуатационный персонал при этом обычно делает ошибочное заключение о КЗ на линии и принимает безуспешные меры по его обнаружению.

Отмечались случаи отключений высоковольтных ЛЭП в утренние часы летних дней без обнаружения повреждения. Приведенный анализ показал, что причиной перекрытия изоляции линий являлась пыльца от находящихся вблизи посевов растений при образовании росы. Место повреждения определялось по регистрирующим приборам. [35].