3 Напряжения в сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю
В
озникновение
в сети с изолированной нейтралью
однофазного замыкания на землю (рис.3)
можно считать одним из предельных
случаев искажения симметрии ее параметров.
Проводимость поврежденной фазы
относительно
Рис.3. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью
земли в этом случае будет
зависеть в том числе и от сопротивления
заземляющей дуги
,
поэтому по аналогии с (2) и (3) запишем:
(9)
или
,
(10)
где
эквивалент сопротивления дуги, тлеющей
изоляции, сопротивления растеканию
тока замыкания
в земле.
Следовательно, при возникновении в сети с изолированной нейтралью однофазного замыкания на землю выражению (4) можно придать следующий вид:
.
(11)
Учитывая
отмеченное выше относительно малое
влияние асимметрий емкостных и активных
проводимостей фаз на землю нормально
работающей сети с изолированной нейтралью
на ее напряжения, полагая в (11)
и
,
получим:
,
(12)
где
.
(13)
Таким образом,
согласно (12) при однофазном замыкании
на землю в сети с изолированной нейтралью
напряжение несимметрии
будет определяться в основном
сопротивлением заземляющей дуги
.
Если
(“металлическое” замыкание на землю),
то
(14)
и в соответствии с (1):
;
(15)
;
(16)
.
(17)
где
,
,
и
напряжения
сети, работающей в режиме с замыканием
одной фазы на землю, а
,
,
,
и
ее напряжения в предшествующем замыканию
симметричном режиме.
И
з
(14) – (17) следует, что при металлическом
однофазном замыкании на землю в сети с
изолированной нейтралью напряжение на
поврежденной фазе оказывается равным
нулю (рис.4), напряжение несимметрии в
нейтрали
Рис.4. Векторная диаграмма напряжений
и токов при однофазном
замыкании
на землю в сети с изолированной нейтралью
(
)
оказывается
равным напряжению поврежденной фазы в
предшествующем режиме с обратным знаком,
а фазные напряжения на здоровых фазах
возрастают до значений междуфазных
напряжений предшествующего режима
(
),
причем их векторы оказываются смещенными
друг относительно друга на
.
При конечных значениях для фазных напряжений сети, работающей в режиме однофазного замыкания на землю, в соответствии с (1) можно получить следующие выражения:
;
(18)
;
(19)
.
(20)
Динамика
изменения векторной диаграммы напряжений
в сети с замыканием на землю фазы А в
зависимости от величины
представлена на рис.5. На диаграмме
сплошными линиями показаны векторы
напряжений
и
,
соответствующие нормальному режиму
работы сети, и векторы
и
,
соответствующие режиму замыкания на
землю фазы А при
.
Пунктиром
показано положение векторов при отношении
к
,
равном единице.
Рис.5. Динамика изменений векторов напряжений в сети с изолированной нейтралью в зависимости от при замыкании на землю фазы А
На
рис.6 в относительных единицах показаны
изменения модулей напряжений
и
при однофазном замыкании на землю фазы
А в зависимости от величины сопротивления
заземляющей дуги
,
выраженного в долях емкостного
сопротивления сети
.
Рис.6. Зависимости модулей напряжения несимметрии и напряжений фаз
в сети с изолированной нейтралью от сопротивления
в месте замыкания (i=А, В, С, N)
Как
видно из диаграммы рис.5 и зависимостей
рис.6 по мере увеличения сопротивления
напряжение несимметрии в нейтрали
уменьшается от
до нуля, при этом конец вектора
перемещается по некоторой полуокружности.
Векторы фазных напряжений
и
также перемещаются по полуокружностям,
что сопровождается изменением напряжений
на поврежденной фазе
от значения, равного нулю, до значения
и изменением напряжений на поврежденных
фазах, соответственно
,
от междуфазных значений
и
до фазных:
и
.
В то же время треугольник междуфазных
напряжений сети
остается неизменным при любых значениях
.
Это позволяет сделать вывод, что
рассматриваемое нарушение нормального
режима работы сети не может повлиять
на работу присоединенных к ней трехфазных
потребителей электроэнергии. В связи
с этим важное значение для решения
вопроса о длительной допустимости
работы сети при однофазном замыкании
на землю имеет анализ величины тока,
протекающего в месте замыкания и
характера его воздействия на
электротехническое оборудование.