4.1 Режим незаземленной (изолированной) нейтрали.
В нормальном режиме в силу симметрии согласно (4.3) UN =0, а напряжения фаз согласно (4.2) будут равны:
В каждой фазе за счет емкости фаз на землю будут протекать токи равные по величине Iф=ωcUф , опережающие на 90 градусов соответствующие фазные напряжения. Сумма этих токов равна нулю, поэтому в этом режиме ток в земле отсутствует. Сами эти токи из-за небольшой величины емкостей c относительно небольшие, значительно меньшие токов нагрузки в сети.
При металлическом замыкании фазы А на землю (Рис.4.1 ) напряжение в этой фазе станет равным нулю, т.е. Ua=0. Это приведет к появлению напряжения в нейтрале, которое можно определить из первого уравнения (4.2).
Рис. 4.1 Замыкание фазы А на землю в сети с изолированной нейтралью
Зная
UN
, можно с помощью 2-го и 3-го уравнений
(4.2) определить фазные напряжения
неповрежденных фаз Ub
и Uс.
Они увеличатся в
раз, т.е. будут равны по величине линейному
напряжению сети нормального режима. В
то же время линейные напряжения в сети
не изменятся и будут равны доаварийным.
Наблюдается только смещение треугольника
линейных напряжений из-за появлении UN
. Согласно
(4.1) коэффициент замыкания при этом
режиме нейтрали будет равен Кз=
=1,73.
Во сколько возросли напряжения неповрежденных фаз во столько же возрастут токи неповрежденных фаз Ibз и Iсз, а их геометрическая сумма даст ток поврежденной фазы. Его величина будет равна Iаз=3ωcUф, а по фазе из-за емкостного характера тока он будет опережать напряжение в нейтрале на 90 эл. градусов. Таким образом, ток в фазе А увеличился в 3 раза, но по-прежнему с учетом реальной величины емкости c будет оставаться существенно меньше тока нагрузки. Все сказанное иллюстрируется векторной диаграммой на рис (4.2 ).
Рис.4.2 Векторная диаграмма напряжений и токов при однофазном
замыкании в сети с изолированной нейтралью. Ucз и Ubз –
напряжения неповрежденных фаз при замыкании.
К достоинствам этого режима нейтрали можно отнести малый ток однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), что позволяет:
увеличить ресурс выключателей (поскольку однофазные замыкания достигают 90% от общего числа замыканий);
снизить требования к заземляющим устройствам, определяемые условиями электробезопасности при однофазных замыканиях на землю.
К достоинствам можно отнести и неизменность величины линейных напряжений, что позволяет работать нагрузке при ОЗЗ, т.к. при таком режиме нейтрали нагрузка включается только на линейные напряжения.
К недостаткам следует отнести необходимость рассчитывать прочность фазной изоляции исходя не из фазного, а из линейного напяжения.
Существенным недостатком такого режима нейтрали являются перенапряжения при перемежающейся дуге. Дело в том, что в месте замыкания может возникнуть электрическая дуга. При небольших токах дуга самопроизвольно погасает и замыкание самоустраняется. При токах выше некоторого уровня возникает явление перемежающейся дуги, когда дуга возникнув погасает, а затем зажигается вновь. Так может повторяться много раз. При этом возникают высокочастотные переходные процессы. Если интервал между погасанием дуги и ее зажигание небольшой, то возникает явление перемежающейся дуги, при котором переходные процессы, накладываясь друг на друга, приводят к перенапряжениям на фазной изоляции. Уровень перенапряжений может достигать величины (3,0 – 3,5)Umф , где Umф – амплитуда фазного напряжения в нормальном режиме. Такие перенапряжения могут привести к пробою изоляции неповрежденных фаз и к переходу замыкания в междуфазное с большим током. Уровни токов однофазных замыканий, при которых будут отсутствовать перемежающиеся дуги, приводятся в ПУЭ. Чем выше напряжение сети, тем меньше уровни этих токов.