11.2.3. Токи замыкания на землю в сетях различных систем

Различают два вида «однофазных замыканий на землю»:

а) на заземленные части установки – «замыкание на корпус»,

б) непосредственно на землю или на незаземленные части.

Это имеет существенное значение для токов замыкания, так как в последнем случае будем иметь значительное переходное сопротивление.

Электроустановки напряжением выше 1000 В условно делят на:

1. Установки с большими токами на землю (500 А и выше) – нейтрали заземлены наглухо или через малые сопротивления,

2. С малыми токами замыкания на землю – все установки выше 1000 В с изолированной нейтралью.

В сетях выше 1000 В преобладает ёмкостная проводимость, обеспечивающая в нормальном режиме ток через неё, A,

I_С = U_ф · w · С · 10^-6.

При однофазном замыкании ток, А,

I₃ = 3 · I_С = 3 · U_ф · w · С · 10^-6.

В трехфазных сетях выше 1000 В с изолированной нейтралью емкостный ток однофазного замыкания на землю равен тройному емкостному току на землю «здоровой» фазы при нормальном режиме.

При расчете заземлений, если нет замеров ёмкостного тока здоровой фазы в нормальном режиме, ток замыкания I₃, А, определяется по приближённым эмпирическим формулам:

1. Для ВЛ – I₃ = U · L / 350;

2. Для КЛ – I₃ = U · L / 10

где    L – длина линии (км),

U – напряжение (кВ).

Как следует из последних двух формул, КЛ имеют большую емкость, чем ВЛ. В целях более точного определения токов замыкания одной фазы на землю необходимо знать погонные значения ёмкостной проводимости ЛЭП и их протяжённость.

В разветвленных кабельных сетях высокого напряжения при отсутствии компенсации емкостные токи могут достигнуть десятков и сотен А. Поэтому необходимо как можно точнее определять их величину.

В сетях до 1000 В преобладают активные проводимости путей утечки, величина которых зависит от протяженности и изоляции сети. В установках с нормальной средой эти токи невелики, но в условиях высокой влажности, при наличии химических воздействий они могут достичь нескольких десятков А.

В мощных системах высокого напряжения 110 … 220 кВ, работающих с глухозаземленной нейтралью, токи I₃ имеют значительную величину при замыкании и на корпус, и на землю.

В сетях низшего напряжения с заземленной нейтралью трансформаторов, при замыкании фазы на заземленные части, токи однофазного замыкания на землю зависят от мощности трансформаторов и сопротивлений, образуемых обмотками трансформаторов с цепью замыкания.

При мощностях трансформаторов 1000 … 1800 кВА ток I₃ в непосредственной близости от трансформаторов составляет 3 … 4 кА. При замыкании непосредственно на землю и на незаземленные части ток, ограниченный значительным сопротивлением, может иметь весьма малую величину относительно I₃, что, однако, определяет сложность и стоимость защитного заземления.

11.2.4. Сопротивление заземляющего устройства

Связь металлоконструкций электроустановок и корпусов электроприемников с землёй осуществляется посредством устройства заземлителей – электродов из труб, уголков, прутков, а также соединяющих их полос, которые располагают в земле. Соединение заземляемых частей электроустановок с заземлителем выполняют с помощью заземляющих проводников.

Совокупность заземлителей и заземляющих проводников называется заземляющим устройством.

Кривая I напряжения по отношению к земле на различных расстояниях от электрода заземления (рис. 11.8) имеет вид экспоненты, благодаря явлению растекания тока в земле (сечение земли по мере удаления от заземлителя увеличивается). Кривая II распределения напряжения прикосновения является инверсией этой кривой напряжения. Уже на расстоянии 20 м плотность тока становится незначительной (следовательно, точки нулевого потенциала располагаются дальше 20 м от электрода). Сопротивление, которое оказывает току земля на участке растекания тока, называется сопротивлением растекания.

Термин «земля» в данной главе, согласно ПУЭ, следует понимать как площадь, ограниченная зоной растекания тока. Поверхность за зоной растекания – зона нулевого потенциала.

В практике (что удобнее) относят сопротивление растеканию не к земле, а к заземлителю. Сопротивление последнего:

R₃ = U₃ / I₃,

где   U₃ – напряжение заземлителя относительно нулевого потенциала;

R₃ – сопротивление растеканию заземлителя.

Оно не должно превышать определенной величины, чтобы осуществлять защитные функции, и состоит из сопротивления заземлителя и заземляющей сети. Его не следует смешивать с сопротивлением заземлителя как проводника.

Сопротивление заземляющей сети в большинстве случаев составляет незначительную долю общего сопротивления заземления, но может иметь значение при больших расстояниях между заземлителем и заземляемыми объектами. В этом случае сопротивление заземляющего устройства определяется как сопротивление от заземленного объекта до заземлителя, для которого оно является наибольшим. Соединение контуров, расположенных далеко друг от друга, не имеет смысла.

Величина реактивной составляющей заземляющей сети зависит от материала и расстояния между проводами фаз и мало зависит от их сечения.

При увеличении расстояния между фазными проводниками реактивная составляющая возрастает. В условиях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В и при устройстве выносных заземлений это будет иметь значение. Растекание постоянного и переменного токов в земле происходит по-разному. У постоянного тока оно зависит от прилегающего к электроду непосредственно участка грунта, у переменного – от индуктивного сопротивления петли линия – земля.