Загрузил Евгений Коломиец

Лекция 1

реклама
Электрическая схема замещения сети с
изолированной нейтралью для определения тока ОЗЗ
Нагрузка в режиме ОЗЗ не
обтекается током замыкания.
Её влияние сводится лишь к
небольшому падению
напряжения на сопротивлении
сети → пренебрегаем
сопротивлениями нагрузки.
Фазные емкости Cф оказывают току на
частоте 50 Гц сопротивление,
значительно превышающее
сопротивление сети → пренебрегаем
сопротивлением источника.
1
Определение тока замыкания на землю в сети с
изолированной нейтралью
Ток замыкания определяется геометрической суммой токов
неповрежденных фаз, которые опережают приложенные к
фазным емкостям напряжения UAB и UAC на 90º:
I з  I B cos30  I C cos30
Ток в фазе C совпадает по модулю с током в фазе B:
IC  I B  ω CфU AB  ω Cф 3U ф
Ток замыкания на землю:
I з  3ω CфU ф
При ОЗЗ треугольник
линейных напряжений
сохраняется →
возможно продолжать
электроснабжение
потребителей
2
При малых значениях тока замыкания на землю, энергии, выделяемой в
дуге, оказывается недостаточно для ее устойчивого горения, и канал дуги
распадается, при этом устраняется и замыкание на землю. Предельные
значения токов замыкания, при которых устойчивое существование дугового
замыкания
еще
затруднено,
нормированы
Правилами
устройства
электроустановок (ПУЭ) и определяют область применения сетей с
изолированной нейтралью. Если расчетный ток замыкания Iз превышает
нормированные значения, то такая сеть должна эксплуатироваться в режиме
нейтрали, заземленной через дугогасящий реактор.
3
Допустимые токи однофазного замыкания на землю
в сети с изолированной нейтралью
Номинальное
напряжение, кВ
Допустимый
ток (ПУЭ), А
Протяженность
Протяженность
кабельных сетей, км воздушных сетей, км
6
30
9,2÷92
1530÷1840
10
20
3,7÷37
610÷740
20
15
1,4÷14
230÷280
35
10
0,5÷5
85÷105
Для линий на металлических и железобетонных опорах независимо от
класса напряжения допустимый ток составляет 10 А
В сетях генераторного напряжения – 5А
Ток замыкания на землю может быть выражен через протяженность сети lc:
 
I з  3ω CфU ф  3ω Сфlс U ф
Погонная емкость Сф составляет:
 для кабельных сетей 0,1÷1,0 мкФ/км;
 для воздушных сетей 0,005÷0,006 мкФ/км.
4
В настоящее время кабели 6–35 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена
имеют
однофазную
или
трехфазную
конструкцию
(с
пофазно
экранированными жилами). В обоих случаях каждая токоведущая жила имеет
индивидуальный медный экран, а значит у линий, построенных такими
кабелями, отсутствует межфазная емкость Cм. Следовательно, емкость
прямой последовательности C1 = C0 + 3Cм и емкость нулевой
последовательности C0 равны друг другу, и становится понятно, почему
кабельные заводы указывают в своих каталогах одно значение C1 = C0,
называемое «рабочей емкостью кабеля». Емкость кабеля прямо
пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости его
изоляции. Поскольку у изоляции из сшитого полиэтилена ε = 2,4 о.е., а у
бумаги, пропитанной маслом, ε = 4,2 о.е., то может показаться, что для
современных кабелей рабочая емкость должна быть вплоть до 2-х раз
меньше, чем у кабелей предыдущих поколений. Однако, если разобраться,
емкость современных линий, не меньше, а даже больше!
5
Дело в том, что емкость зависит не только от , но и от сечения жилы
кабеля, и от толщины его изоляции. Сейчас предельное сечение жилы
трехфазного кабеля 6–35 кВ достигает 240 мм2, что не сильно отличается от
сечений трехфазных кабелей с бумажно-масляной изоляцией. Вместе с тем,
появление и развитие однофазных кабелей дало возможность практически
неограниченного роста сечения жилы, и известны линии, где оно достигает
1500–2000 мм2, а это на порядок выше того, что было возможно в сетях,
построенных трехфазными кабелями с бумажно-масляной изоляцией. Также
у новых кабелей иные рабочие напряженности электрического поля в
изоляции, а значит и другая ее толщина.
Указанные факторы приводят к тому, что больше недопустимо использовать
известную со времен СССР эмпирическую формулу для тока в кабельной
сети
где Uном — номинальное напряжение сети (в кВ),
lсум — суммарная длина кабельных линий (в км),
Iозз — ток замыкания (в А).
6
На Рисунке даны результаты расчетов тока замыкания на землю по
устаревшему эмпирическому выражению (5) и по точной формуле (1), куда
были подставлены значения рабочих емкостей кабелей классов 10, 20, 35 кВ
различного сечения жилы, заимствованные из каталога фирмы АВВ
7
Суммарная длина кабелей в сети при вычислениях принята равной 1 км,
также полагалось, что все кабели имеют одинаковое сечение жилы.
Представленная зависимость Iозз от сечения жилы могла быть также получена,
если из каталога взять не рабочую емкость кабеля, а приведенный там же
«емкостный ток на фазу» Iсф, который затем утроить Iозз = 3 · Iсф.
Например, согласно рисунку для кабельной сети 10 кВ протяженностью 1 км
по старой формуле имеем ток замыкания всего 1 А, тогда как по каталогу для
обычных сейчас кабелей сечением жилы 630 мм2 с изоляцией из сшитого
полиэтилена имеем ток замыкания 4 А. Как видно, несмотря на малую
диэлектрическую проницаемость полиэтилена, емкостные токи в современных
кабельных сетях 6–35 кВ могут быть в разы выше, чем были ранее. Указанный
факт следует учитывать тем специалистам, кто занимается расчетами
параметров данных сетей.
8
Допустимые токи однофазного замыкания на землю
в сети с изолированной нейтралью
Откуда взялись допустимые значения токов ОЗЗ?
Все разновидности ОЗЗ можно разделить на 2 группы:
 устойчивые – имеется устойчивая гальваническая связь поврежденной
фазы с землей либо связь через переходное сопротивление;
 неустойчивые (дуговые перемежающиеся) – последовательность
самоустраняющихся пробоев изоляции.
Характер дугового разряда в месте повреждения будет во многом определяться
величиной тока замыкания:
 при малом токе дуга горит неустойчиво, гаснет при переходе тока через ноль,
и после нескольких повторных зажиганий (ПЗ) гаснет окончательно;
 при большом токе дуга горит устойчиво, при переходе тока через ноль
электрическая прочность промежутка не успевает восстановиться из-за
большой остаточной проводимости канала разряда;
 при промежуточном значении тока наблюдаются многократные погасания и
зажигания дуги
Допустимое значение тока – минимальное значение тока, вызывающее
устойчивое горение дуги.
9
Осциллограммы параметров сети с изолированной
нейтралью в режиме «металлического» ОЗЗ (без учета Lc)
10
Как было установлено, в установившемся режиме ОЗЗ напряжение на
поврежденной фазе становится равным нулю, а на здоровых фазах – линейному
напряжению. Наличие в сети индуктивностей приводит к тому, что этот режим
устанавливается в ходе колебательного переходного процесса, который можно
рассмотреть с помощью схемы.
11
Переходный процесс содержит две стадии. Сначала, в момент замыкания tз
ключа К, емкость Cф фазы A разряжается через сопротивление в месте
замыкания Rз, а междуфазные емкости Cмф, подключенные к фазе А,
оказываются соединенными параллельно с емкостями Cф неповрежденных
фаз. Напряжения на этих емкостях почти мгновенно уравниваются и
приобретают значения UB,нач и UС,нач, которые можно найти из уравнения
баланса зарядов. Для фазы B суммарный заряд на фазной и междуфазной
емкости до замыкания ключа составлял
после коммутации эти емкости соединяются параллельно, и
откуда, с учетом того, что заряд не может мгновенно измениться, получаем:
12
13
Если замыкание происходит как показано на рисунке – в момент времени,
когда напряжение в фазе A минимально, то, в силу малости падений
напряжения на активном сопротивлении сети Rс и ее индуктивности Lс
(сопротивления сети много меньше емкостных), можно записать:
Вторая стадия переходного процесса связана с повышением фазных
напряжений до линейных значений в установившемся режиме замыкания.
В зависимости от переходного сопротивления в месте замыкания этот
процесс может носить колебательный или апериодический характер. В
большинстве случаев в сетях реализуется колебательный процесс,
характеризующийся угловой частотой ω1 и коэффициентом затухания α1.
Напряжение на неповрежденных фазах B и C можно представить в виде
суммы напряжения нового установившегося режима, к которому стремится
переходный процесс, и свободной составляющей:
14
15
16
17
Скачать