30 Токи и напряжения при замыкании на землю.

Сети напряжением 6…35 кВ работают с изолированной или компенсированной через дугогасящий реактор нейтралью. Поэтому значения емкостных токов однофазного замыкания на землю невелики, они не превышают 20…30 А. Как правило, при однофазном замыкании не требуется немедленного отключения поврежденного присоединения, а необходимо принять меры по переводу нагрузки на резервный источник, а затем отключить поврежденную линию. Необходимо помнить, что в случае дугового замыкания на одном из присоединений во всей электрически связанной сети возникают опасные перенапряжения (до ), воздействующие на изоляцию электроустановок. Эта – одна из главных причин выхода из строя высоковольтных двигателей, подключенных к сети 6 или 10 кВ.

В соответствии с ПУЭ для селективного обнаружения однофазных замыканий на каждом присоединении должна быть установлена защита от замыканий на землю (защита нулевой последовательности), которая в одних случаях действует на сигнал, в других – на отключение. В частности, на тех электродвигателях, у которых емкостной ток замыкания на землю превышает 5 А (первичных), защита должна действовать на отключение без замедления. Вместе с тем, практика показала, что и при меньших токах ЗЗ желательно двигатель отключать, поскольку длительное воздействие токов однофазного замыкания на землю на изоляцию двигателя приводит к переходу однофазного замыкания к двухфазному КЗ.

Емкостные сопротивления элементов электрической системы значительно превышают их индуктивные и активные сопротивления, что позволяет при определении тока замыкания на землю пренебречь ими и, следовательно, считать, что величина этого тока практически не зависит от места замыкания в сети.

Кроме того, ток замыкания на землю относительно мал и поэтому можно считать, что напряжение источника всегда остается неизменным.

Наибольшая величина тока замыкания на землю будет при металлическом замыкании, т. е. при .

.

Т. е. ток в 3 раза превышает емкостной ток на землю одной фазы в нормальных условиях.

Таким образом, при замыкании на землю: Напряжение поврежденной фазы снижается до нуля; Напряжения неповрежденных фаз возрастает в раз;

Треугольник линейных напряжений не искажается, т. е. этот вид повреждений на работе потребителей не отражается.

Для пояснения принципа действия защиты от замыкания на землю на рис. 10.1 показано распределение емкостных токов в поврежденном и неповрежденных элементах сети.

При замыкании на землю одной из фаз, например, на линии W3 по "здоровым" фазам неповрежденных линий W1, W2 будут протекать емкостные токи, значение которых зависит от величины емкости данных линий относительно земли, а, следовательно, от параметров линии (длина и сечение). В поврежденной линии W3 эти токи складываются и проходят через точку замыкания на землю.

Основные требования к защитам от замыкания на землю

Так как замыкания на землю не вызывают появления сверхтоков и не искажают величину междуфазных напряжений, то не требуется немедленной ликвидации замыкания за землю. Однако вследствие повышения напряжения на неповрежденных фазах возможен пробой изоляции и потому ПУЭ рекомендуют оставлять замыкание на землю в течение не более 2 часов.

Защиты от замыканий на землю должны быть селективными и иметь высокую чувствительность, т. к. токи замыкания равны от нескольких ампер до 20-30 А.

Принципы выполнения защит от замыкания на землю

– величина тока нулевой последовательности ( ) в неповрежденной линии меньше, чем в поврежденной;

– направление вектора тока в поврежденной и неповрежденной линиях противоположное.

Неселективная сигнализация о замыкании на землю

Неселективная сигнализация о замыкании на землю является простейшей защитой о появлении замыкания на землю без указания поврежденного участка.

Рис.10.3. Ненаправленная токовая защита: а – с использованием фильтра токов нулевой последовательности, б – с использованием кабельного ТТНП

При появлении замыкания на землю реле напряжения выдают сигнал, а затем дежурный поочередным отключением присоединений определяет поврежденный элемент. Указанный способ связан с кратковременным нарушением питания потребителей и требует много времени.

В связи с этим неселективную защиту необходимо дополнять селективной защитой от замыканий на землю.

Ненаправленная токовая защита реагирует на полный ток нулевой последовательности и предназначена для радиальных сетей.

Для выделения емкостного тока из общего тока нагрузки линии применяют фильтр тока нулевой последовательности (рис. 10.3, а)

Существенным осложнением является то, что ток замыкания на землю имеет очень малую величину

Для защиты от замыканий на землю используют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛ, ТЗР, которые можно применить только при наличии кабельного вывода из ячейки (рис. 10.3, б). Для ячеек КРУ с воздушным выводом линий Самарский трансформаторный завод выпускает ТТ нулевой последовательности для воздушных выводов 6-10 кВ типа ТДЗЛВ-10. Трансформатор, имеющий внутренний диаметр окна 590 мм, устанавливается внутри ячейки и охватывает проходные изоляторы всех трех фаз.

Для кабельных ЛЭП изготовляются ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, а также типа ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации без снятия кабельной воронки. Конструкция кабельного ТНП показана на рис. 10.3, б.