Путь:Главная arrow Статьи arrow ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ

Релейная защита

ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ Печать E-mail

В отечественных энергосистемах электрические сети напряжением 6-35 кВ работают, как правило, с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое индуктивное сопротивление дугогасящего реактора (ДГР), а также с заземлением через большое активное сопротивление. В отличие от сети с глухозаземленной нейтралью, однофазное замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождается появлением больших токов КЗ, поскольку ток повреждения замыкается на землю через очень большие сопротивления емкостей фаз сети.




Рассмотрим характер изменения напряжения и токов в сети и их векторные диаграммы в нормальных условиях и при однофазном замыкании на землю (К3(1))в режиме, когда нейтраль сети изолирована, замкнута через дугогасящий реактор или через активный резистор. Для упрощения принимаем, что нагрузка сети отсутствует. Это позволяет считать фазные напряжения во всех точках сети неизменными и равными ЭДС фаз источника питания. На рис.9.1 приведена радиальная сеть с изолированной нейтралью с источником питания (генератором или понижающим трансформатором) и одной эквивалентной ЛЭП, условно представляющей всю сеть. Распределенная емкость фаз относительно земли заменена эквивалентной сосредоточенной емкостью С0. Сопротивления R и XЛЭП не учитываются. Емкость источника питания также не учитывается вследствие ее малого значения.

В нормальном режиме напряжения проводов А, В и С поотношению к земле равны соответствующим фазным напряжениям UA,UB, UC,которые при отсутствии нагрузки равны ЭДС источника питания ЕА, ЕВ, ЕC.Векторы этих фазных напряжений образуют симметричную звезду (рис.9.2, а), а их сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали N отсутствует: UN = 0. Под действием фазных напряжений через емкости фаз относительно земли СА, СВ, ССпроходят токи, опережающие фазные напряжения на 90°:



где

                                                                                                              (9.1)

Сумма емкостных токов, проходящих по фазам в нормальном режиме, равна нулю, и поэтому 3I0отсутствует (рис.9.2, а).

Металлическое замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью. Допустим, что повредилась фаза А (см. рис.9.1), тогда ее фазное напряжение относительно земли снижается до нуля (UA = 0). Напряжение нейтрали UN(1) по отношению к земле становится равным UN = UKN (рис.9.1 и 9.2, б), т.е. напряжению, равному по значению и обратному по знаку заземлившейся фазы:

                                                                                                  (9.2)




Напряжение неповрежденных фаз относительно земли повышаются до междуфазных значений UB(1)= UBA и UС(1)= UСA. Междуфазные напряжения остаются неизменными, что видно из рис.9.1 и 9.2.

На рис.9.2, б построена векторная диаграмма напряжений проводов и нейтрали сети по отношению к земле (UB(1),UС(1), UN): точки А, В, С представляют потенциалы проводов, точка N соответствует нейтрали источника питания, точка А связана с землей и имеет нулевой потенциал.

Токи при замыкании на землю. В месте повреждения К проходят токи, замыкающиеся через емкости неповрежденных фаз сети (9.1). Поскольку UA= 0, то IA(C) = 0. В двух других фазах под действием напряжений U'U'Cпоявляются токи, опережающие на 90° эти напряжения:

                                                              (9.3)

Ток Iз(C) в месте повреждения равен сумме токов в фазах В и С (рис.9.1): Iз(C) = (IB(C) + IC(C)). С учетом (9.3)



Поскольку UBA + UCA = – 3ЕА(рис.9.2, б):

                                                                          (9.4)

Таким образом, ток Iз(C) равен утроенному значению нормального емкостного тока фазы Iф(C) = Uф/XC. Из рис.9.2, б видно, что ток Iз(C) опережает от UN на 90°. Ток Iз(C) может быть определен по формуле



где l – общая протяженность одной фазы сети; Суд – емкость 1 км фазы относительно земли.

В воздушных сетях Iз(C) находится в пределах от долей до нескольких десятков ампер; в кабельных – от нескольких ампер до 200-400 А в сетях больших городов.

Токи и напряжения нулевой последовательности при замыканиях на землю. При замыкании на землю в фазных напряжениях и токах появляются составляющие НП:

                                                                                       (9.5)

 (9.6)

Подставляя в(9.5) значения U'В и U'С, получаем

                                                                         (9.7)

Поскольку сопротивление проводов значительно меньше ХС,во всех точках сети Uo= UoK. Токи I0, возникающие под действием UoK,замыкаются через емкость фаз и заземленные нулевые точки генераторов и трансформаторов, если такие заземления имеются. Из распределения токов I0, показанного на рис.9.3, следует:

                                                       (9.8)

где Uф – нормальное напряжение поврежденной фазы.

Из приведенного рассмотрения можно сделать вывод, что емкостный ток в месте замыкания




                                                                                                           (9.9)

Токи 3I0(C) и Iз(C) совпадают по фазе и опережают вектор напряжения.

Компенсированная сеть. Рассмотрим сеть, нейтраль которой заземлена через дугогасящий реактор ДГР,предназначенный для компенсации емкостных токов в месте повреждения (рис.9.4). При замыкании на землю напряжения во всех точках такой сети имеют те же значения, что и в сети с изолированной нейтралью. При наличии ДГРпод действием напряжения UoK= UN= –ЕАвозникает индуктивный ток IДГР, который проходит по замкнувшейся на землю фазе А поврежденной ЛЭП W1 к месту замыкания К и по земле возвращается в ДГР:

IДГР = –ЕАДГР Этот ток накладывается на емкостный ток Iз(С) – Являясь индуктивным, IДГР противоположен по фазе Iз(С) – Результирующий ток



При полной компенсации, которую обычно стремятся обеспечить, IДГР = Iз(С) = 3ЕА ωС0,и тогда результирующий ток Iз=0.

Емкостный ток НП I0(С) (рис.9.4, а) проходит по всем неповрежденным и поврежденной ЛЭП. Ток IДГР проходит только по поврежденному присоединению W1. Ток I0в обмотках генератора отсутствует, поскольку нулевая точка его изолирована. В неповрежденных ЛЭП (wп) сумма фазных емкостных токов при замыканиях на землю всегда отлична от нуля и равна 3I0(C)Wп. Токи I0(C)Wп направлены к шинам, их значения определяются емкостями С0 ЛЭП:

(9.10)

В поврежденной ЛЭП W1 на участке от шин подстанции до точки замыкания К ток 3I0п.л равен суммарному току ∑3I0(С)∑ = Iз(С) в месте повреждения за вычетом тока

.                                                                           (9.11)

Ток 3I0(С)п.л направлен от шин подстанции к месту замыкания, он всегда противоположен токам 3I0(С) в неповрежденных ЛЭП.

При наличии ДГР ток в начале поврежденной ЛЭП 3I0п.л равен разности токов IДГР дугогасящего реактора и суммарного емкостного тока неповрежденных ЛЭП:

                            (9.12)

При полной компенсации IДГР = ∑3I0(С)нп.л и тогда

                                                                                                          (9.13)

Следовательно, в компенсированной сети в начале поврежденной ЛЭП (между шинами и точкой К)проходит остаточный индуктивный ток ДГР, численно равный емкостному току поврежденной ЛЭП (W1 на рис.9.4). Направление этого тока при полной компенсации будет совпадать с направлением тока в неповрежденных ЛЭП. Распределение токов I0, показанное на рис.9.4, справедливо для любых значений ω, т.е. для всех гармоник (кроме кратных трем) токов IIф


.

Токи в сети с активным сопротивлением. Иногда параллельно дугогасящему реактору включается резистор R(показано пунктиром на рис.9.4). Тогда, кроме токов I0(С)и IДГР, появляется третий ток IR = UоK/R,совпадающий по фазе с UоK и сдвинутый на 90° по отношению к токам I0(С)и IДГР. Таким образом, при наличии резистора Rток в месте повреждения

                                                                                     (9.14)

При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы UA= I3Rп = UoK, а напряжение в нейтрали UN = –EA + UK, т.е. оно оказывается меньшим, чем при металлическом замыкании. Соответственно уменьшаются напряжения неповрежденных фаз относительно земли, а также токи I0 и I3. В емкости поврежденной фазы появляется ток



В расчетах снижение тока и напряжения НП, обусловленное сопротивлением Rп,учитывается коэффициентом полноты замыкания β = UоК/Uф. При металлическом замыкании β = 1, так как UoK= Uф. При неполном замыкании на землю UoK = βUФ, ток I0= βUф/ХC, а ток

                                                                                                         (9.15)

 
« Пред.   След. »
 

История

   Начало развития теории и практики электромеханических преобразований относится к 1820-м годам. В 1820 г. Ганс Христиан Эрстед опубликовал работу «Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку», в которой описал действие тока на электромагнит, а Доменик Франсуа Араго установил, что проводник, по которому протекает ток, приобретает магнитные свойства.

Подробнее...
 

Фото