16.11. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю

Ток замыкания на землю, а значит, и ток, проходящий через человека, в сети с изолированной нейтралью зависят не только от со­противления изоляции, но и от емкости сети относительно земли.

При наличии емкости сети 0,3 мкФ на фазу емкостное сопро­тивление относительно земли х = 1/соС = 10,6 кОм, а проводимость — 0,0942 мСм.

Если при этом сопротивление изоляции г = 50 кОм на фазу, а активная проводимость g = 0,02 мСм , полная проводимость фазы от­носительно земли, равная У = g + jb = 0,02 + ;'0,0942 = 0,0963 мСм, по абсолютному значению очень мало отличается от емкостной. Даль­нейшее увеличение сопротивления изоляции, очевидно, не уменьшит проводимости фазы относительно земли.

Поэтому при емкости С > 0,3 мкФ увеличение сопротивления изоляции выше 50 кОм не дает эффекта: не повышает полного сопро­тивления фазы относительно земли и не снижает ни тока замыкания на землю, ни тока через человека. Если даже сопротивление изоля­ции всей сети очень велико (несколько десятков мегаом и выше) и его можно принять равным бесконечности, ток замыкания на землю оп­ределяется емкостью между фазами и землей.

Ток замыкания на землю в трехпроводной сети (У₀ = 0) при симметричных сопротивлениях изоляции и значительной емкости может достигать опасных значений.

Контроль и профилактика повреждений изоляции позволяют поддерживать ее сопротивление на высоком уровне. Емкость фаз от­носительно земли не зависит от каких-либо дефектов; она определя­ется общей протяженностью сети, высотой подвеса проводов воздушной сети, толщиной фазной изоляции жил кабеля, т.е. геометрическими параметрами. Поэтому емкость сети не может быть снижена. В про­цессе эксплуатации емкость сети изменяется лишь за счет отключе­ния и включения отдельных линий, что определяется требованиями электроснабжения.

Поскольку невозможно уменьшить емкость сети, снижение тока замыкания на землю достигается путем компенсации его емкостной составляющей индуктивностью.

В трехфазной сети нет необходимости включать индуктивность между каждой фазой и землей; компенсирующая катушка включает­ся между нейтралью и землей, как показано на рис. 16.26, а.

При замыкании на землю в трехпроводной сети с изолирован­ной нейтралью (рис. 16.26) ток проходит через переходное сопротив­ление г' (проводимость g') и далее через сопротивления изоляции двух других фаз г_ь и г_с (проводимости g_b и g_c) и параллельно через

Рис. 16.26. Компенсация емкостной составляющей

тока замыкания на землю: а — принципиальная схема;

б — векторная диаграмма тока замыкания на землю в сети

без компенсации; в — векторная диаграмма тока замыкания

на землю при полной компенсации; /_{з к} — ток замыкания

на землю при компенсации; I_L , /_{к а} — соответственно

индуктивный и активный токи компенсирующей катушки;

/_{к к} — общий ток компенсирующей катушки

емкости С_ь и С_с (проводимости g_b и g_c). Этот ток /₃ имеет две со­ставляющие — активную /_г и емкостную

Iс (рис. 16.26, б).

На векторной диаграмме рис. 16.26, в показана сумма токов в «компенсированной» сети. К активной и емкостной составляющим то­ка замыкания на землю добавляются активный /_{к а} и индуктивный / токи компенсирующей катушки (наличие активной составляющей объясняется активными потерями в ней). Емкостная и индуктивная составляющие находятся в противофазе и при настройке в резонанс

взаимно уничтожают друг друга, активные составляющие складываются, и ток замыка­ния на землю остается равным этой сумме: Iзк = Ir + Iк,а Ток замыкания на землю уменьшается, как это видно из сравнения аб­солютных значений векторов тока /₃ и /_зк на диаграмме рис. 16.26, в.

Рис. 16.27. Векторные диаграммы тока замыкания на землю: а — при недокомпенсации; б— при пере­компенсации

В случае неполной компенсации емко­сти наблюдается некоторая емкостная со­ставляющая тока замыкания на землю при недокомпенсации или индуктивная при пе­рекомпенсации. Однако в этих случаях пол­ный ток замыкания на землю снижается, как это видно из векторных диаграмм рис. 16.27. Полная компенсация — явление сравни­тельно редкое, обычно бывают отклонения в ту или другую сторону.

Область применения. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю применяется обычно в сетях напряжением выше 1000 В для гашения перемежающейся электрической дуги при замыкании на землю и снижения возникающих при этом перенапря­жений. Одновременно уменьшается ток замыкания на землю. ПУЭ предписывают компенсацию, если ток замыкания на землю превы­шает в сетях напряжением 35 кВ — 10 А, 15...20 кВ — 15 А, 10 кВ — 20 А, 6 кВ — 30 А.

В схемах блоков генератор—трансформатор напряжением 6... 20 кВ компенсация обязательна при токе замыкания на землю более 5 А. При токе замыкания на землю 50 А и более обычно устанавли­ваются две компенсирующие катушки.

Компенсирующие катушки иногда называют дугогасящими, так как, уменьшая ток замыкания на землю, они способствуют гашению дуги между токоведущими и заземленными частями и, таким обра­зом, ликвидации повреждения — замыкания на землю.