Отношение х0/х1 для различных вл

Характеристика линии	х0/х1
Одноцепная ВЛ без тросов	3,5
Одноцепная ВЛ со стальными тросами	3
Одноцепная ВЛ со стальными тросами из цветного металла	2
Двухцепная ВЛ без тросов	5,5
Двухцепная ВЛ со стальными тросами	4,7
Двухцепная ВЛ стальными тросами из цветного металла	3

Для кабельных линий высокого напряжения − х₀=(3,5-4,6) х₁.

Для остальных элементов сопротивление нулевой последовательности принимается равным сопротивлению прямой последовательности.

Для определения токов в месте КЗ схему замещения каждой последовательности преобразуют к простейшему виду и определяют суммарные сопротивления каждой последовательности относительно точки КЗ. Затем определяют суммарное сопротивление в зависимости от вида КЗ (табл. 2.4).

Таблица 2.3

Определение суммарного сопротивления в зависимости от вида кз

Вид КЗ	Формула суммарного сопротивления
Трехфазное КЗ
Двухфазное КЗ
Однофазное КЗ
Двухфазное на землю

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ определяют по формуле в именованных единицах:

,

в относительных единицах

.

Коэффициент пропорциональности m⁽ⁿ⁾, входящий в формулу, также зависит от вида КЗ (табл. 2.5).

Таблица 2.4

Зависимость коэффициента пропорциональности от вида кз

Вид КЗ	Коэффициент пропорциональности
Трехфазное КЗ
Двухфазное КЗ
Однофазное КЗ
Двухфазное на землю

Расчет однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Замыкание фазы на землю в сети с изолированной нейтралью принято называть простым замыканием [99, 100, 39]. Рассмотрим простейшую трехфазную сеть, в которой произошло простое замыкание фазы А (рис. 2.6). Распределенные вдоль линии емкости каждой фазы относительно земли представлены для простоты сосредоточенными (СА, СВ, СС). Межфазные емкости не оказывают ощутимого влияния на режим КЗ и на рис. 2.6 не отражены.

Емкостная проводимость поврежденной фазы зашунтирована коротким замыканием; приложенное к емкости С_А напряжение равно нулю и, следовательно, ток через указанную емкость не протекает. Ток КЗ обусловлен суммой емкостных токов фаз В и С и их распределение показано на рис. 2.6.

Граничные условия для простого замыкания на землю те же, что и для однофазного КЗ в сетях с заземленной нейтралью. Поэтому расчетные выражения, используемые для расчета несимметричных КЗ, справедливы и для рассматриваемых условий с учетом ряда особенностей:

• емкостные сопротивления воздушных и кабельных линий существенно превышает активные и индуктивные сопротивления элементов схемы, что позволяет последними пренебречь;

• поскольку токи КЗ малы, можно считать, что напряжение источника остается неизменным.

Для получения расчетных выражений обратимся к простейшей схеме (рис. 2.7, а) и комплексной схеме замещения (рис. 2.7, б).

Здесь помимо емкостных сопротивлений ВЛ символически введены индуктивные сопротивления линии и трансформатора всех последовательностей, хотя они незначительны и принимаются равными нулю. Поскольку в схемах прямой и обратной последовательностей емкостные сопротивления ВЛ (x_C1, x_C2) зашунтированы малыми сопротивлениями трансформатора (x_T1 = x_T2 = 0), то это позволяет принять . Считая реактор в нейтрали трансформатора отсутствующим (показан пунктиром), имеем: .

При принятых условиях ток при металлическом замыкании на землю будет определяться выражением:

,

где – результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности воздушных и кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания; U_ф – среднее фазное напряжение ступени КЗ.

Таким образом, ток простого замыкания равен утроенной величине емкостного тока одной фазы в нормальных условиях. По этой причине распределительные сети 6–35 кВ называются сетями с малыми токами замыкания.

В практических расчетах возможна грубая оценка величины тока замыкания на землю по выражению:

,

где U_ср.ном. – средненоминальное напряжение ступени КЗ, кВ; N – коэффициент, принимаемый для воздушных линий равным 350, для кабельных – 10; L – суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км.

Отметим, что величина тока замыкания практически не зависит от места замыкания и определяется суммарным сопротивлением (длиной) линий, электрически связанных с точкой замыкания.

Для симметричных составляющих напряжений в соответствии с принятыми допущениями имеем:

,

,

.

На рис. 2.8 приведены векторные диаграммы напряжений и токов в месте простого замыкания на землю фазы А. Они построены при указанных допущениях. Векторы U_a1, U_b1, U_c1 образуют симметрическую звезду напряжений нормального режима. В режиме КЗ фазные напряжения неповрежденных фаз В и С увеличиваются в раз, принимая значения межфазного напряжения. При этом треугольник линейных напряжений остается без изменений, как и в нормальном режиме, и перемещается в соответствии с перемещением центра тяжести, положение которого определяется напряжением нулевой последовательности. Благодаря неизменности треугольника линейных напряжений и возможен длительный эксплуатационный режим при простом замыкании.

Емкостные токи здоровых фаз опережают их напряжения на (рис. 2.8) и по модулю определяются как

.

Ток земли представляет их геометрическую сумму.

Упрощенное определение емкостных токов в сети с изолированной нейтралью. Величину тока для сетей с изолированной нейтралью рекомендуется, например, определять следующим образом [7]:

для кабельных сетей

,

для сетей с ВЛ

,

где U – номинальное напряжение сети, кВ; l_∑ – суммарная длина линий, км.

Суммарный емкостный ток сети определяется как сумма описанных выше составляющих для всех гальванически связанных линий сети.

Более точно величину емкостного тока ВЛ можно подсчитать, используя, например, данные по удельным емкостным токам в ВЛ. Однако отмечается, что рассчитанная величина емкостного тока может давать погрешность порядка 40–80% по сравнению с реальным, замеренным при ОЗЗ в сети, током. Одна из причин – не учитываются емкости относительно земли потребителей электроэнергии, например, двигателей, а также конструкции ВЛ (тип опоры, с тросом или без него) и т. д.

Рекомендуется для дальнейшего повышения точности расчетов емкостного тока сети I’_CΣ, (в кА) использовать метод, основанный на определении тока ОЗЗ через емкость сети относительно земли:

,

где U_ф – фазное напряжение, кВ; ω = 2πf = 314, рад/с; C_Σ – емкость одной фазы сети относительно земли, Ф.

,

где С_i – удельная емкость на фазу i-ой линии, Ф/км; l_i – длина i-ой линии, км;

m – число линий (кабельных, воздушных с заземляющим тросом и без него); С_j – емкость на фазу j-го элемента сети, Ф; q_j – число учитываемых элементов сети, кроме ВЛ (например, двигателей); n – общее число таких элементов.

Емкостные токи двигателей рекомендуется определять как I’_CΣ, причем емкость C_Д (в фарадах) для неявнополюсных синхронных двигателей и асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором рассчитывается по следующему выражению:

,

где S_н – номинальная полная мощность двигателя, МВ·А; U_н – номинальное напряжение двигателя, кВ.

Для остальных типов электрических двигателей:

,

где N_н − номинальная частота вращения ротора, об/мин.

Как отмечалось выше, расчетные емкостные токи сети обычно отличаются от реальных, которые можно определить лишь замером на объекте. Однако процесс замера емкостного тока, кроме технических трудностей, связан еще и с некоторой методической неопределенностью. Опыт показывает, что на многих объектах в составе емкостного тока сети даже при металлическом ОЗЗ присутствуют не только составляющие промышленной частоты, но и значительные токи высших гармоник.

Замер суммарного значения тока, например, с помощью традиционных приборов, предназначенных для измерения токов промышленной частоты, связан с существенными погрешностями. Реально отмечались погрешности порядка 30% (в том числе в сторону уменьшения замеренных токов относительно расчетного). Более точно емкостный ток сети можно измерить путем осциллографирования с последующим разложением на гармонические составляющие.