ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОТ РЕЖИМА НЕЙТРАЛИ ПРИ ЗАМЫКАНИИ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ

Зависимость электрических величин при замыкании фазы на землю от режима нейтрали удобно рассмотреть по схеме рис. 1. В этой схеме режим нейтрали будет варьироваться изменением сопротивления в нейтрали (Хн или Rн) или проводимости нейтрали .

Каждая единица длины любой сети обладает емкостью С и активным сопротивлением изоляции (из-за несовершенства ее) по отношению к земле. Распределенные вдоль линии емкости С и активные проводимости изоляции каждой фазы G представлены на рис. 1 в виде сосредоточенных емкостей

СА = СВ = СС = СФ и проводимостей GА = GВ = GС. Тогда полные проводимости фаз относительно земли в комплексной форме будут иметь вид

 

UА = GА + jw СА; UВ = GВ + jw СВ; UС = GС + jw СС. (1)

 

Обычно активной проводимостью фазной изоляции GФ относительно земли можно пренебречь по сравнению с емкостной и в расчетах не учитывать.

Напряжение между нейтралью системы и землей может быть определено в любом режиме работы по формуле

 

(2)

 

Примем, что (фаза А – основная), тогда ,

где а – фазовый множитель, учитывающий сдвиг фаз

 

(3)

 

 

С учетом этого выражение (2) может быть записано в виде

 

(2,а)

 

Напряжения на неповрежденных фазах при несимметричных режимах определяются из выражений

 

(4)

 

Токи в фазах при несимметрии системы соответственно равны

 

(5)

 

Ток в нулевом проводнике определяется как

 

(6)

В сетях с изолированной нейтралью Uн = 0 проводимость замкнутой на землю фазы, например, фазы А, равна

(7)

 

где Rп - переходное сопротивление в месте замыкания.

Если пренебречь проводимостью фаз GА + GВ + GС, то проводимость замкнутой на землю фазы будет равна . Тогда напряжение смещения нейтрали

(8)

 

При металлическом замыкании на землю Rп = 0, Uн = -Uф и емкостный ток через место замыкания будет максимален и равен

 

(9)

 

В симметричном режиме UА + UВ + UС + UФ и, учитывая, что , получим, что

 

I3= - 3Uф Uф = -3w СUф. (10)

 

В сетях с компенсированной нейтралью (рис. 5) при замыкании какой-либо фазы на землю через место замыкания протекает емкостный ток замыкания на землю такой же величины, как и в сетях с изолированной нейтралью и индуктивный ток катушки IL, которые отличаются по фазе на угол 180о и, следовательно, они компенсируют друг друга. Если индуктивную проводимость катушки UL выбрать приблизительно равной сумме емкостных проводимостей фаз, то I3 будет равен нулю. Теоретически точность компенсации равна ± 20 %, так как через место аварии кроме емкостного тока течет ток, обусловленный активной проводимостью катушки, и токи утечки, обусловленные состоянием изоляции сети, т. е. проводимостями GА, GВ, GС.

Результирующий ток замыкания на землю какой-либо фазы с нейтралью, заземленной через катушку (Lк), может быть определен из уравнения

(11)

 

которое можно преобразовать к виду

(12)

 

При условии резонанса, полагая, что rк << wLк

 

(13)

 

Рис. 5. Схема замещения сети с нейтралью, заземленной через катушку индуктивности и пути протекания токов в аварийном режиме
Rк
Lк
Iк
Iк
IСС
Icc
Icc
Iсв
Iсв
Iсв
Iза = Iк-Icc-Iсв
Ico
Iк
Iк
Cв
Са=0
Сс

 

 


 

 

Однофазное замыкание на землю в системах с глухозаземленной нейтралью представляет собой однофазное КЗ, так как поврежденная фаза оказывается короткозамкнутой через землю и нейтраль трансформатора или генератора. Ток в месте повреждения ограничен только сопротивлениями источников питания и линий и поэтому является током КЗ (рис. 2). При этом ток замыкания практически не зависит от величины сопротивления изоляции и емкости системы относительно земли, так как где R3 – сопротивление заземляющего устройства. Поэтому ток однофазного КЗ на землю приближенно можно определить из выражения

 

(14)

Точно этот ток рассчитывается методом симметричных составляющих.

Напряжение всех фаз относительно земли при замыкании фазы А на землю согласно выражений (4) будет равно

 

 

Емкостные токи фаз при замыкании на землю фазы А также определяются геометрической суммой емкостных токов фаз в нормальном режиме и током смещения нейтрали .

Следовательно,

 

Емкостный ток (полный) замыкания на землю I3А равен геометрической сумме емкостных токов неповрежденных фаз в аварийном режиме