Растекание тока в земле при замыкании (стр. 2 из 4)

Рис. 11.5. Векторная диаграмма при замыкании на землю

При анализе сетей напряжением выше 1000 В следует отметить эти сети имеют большую протяженность, обладают значительной емкостью и высоким значением сопротивления изоляции. Поэтому в этих сетях утечкой тока через активное сопротивление изоляции можно пренебречь и учитывать только утечку тока через емкость фазы относительно земли. Следовательно, прикосновение к этим сетям является опасным не зависимо от режима нейтрали.

В соответствии с ПУЭ сети напряжением 6–35 кВ выполняются с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через реактивную катушку с целью уменьшения тока замыкания на землю.

Сети напряжением 110 кВ и выше выполняют с заземлением нейтрали.

Выбор схемы сети, а следовательно и режима нейтрали источника тока производится, исходя из технологических требований и из условий безопасности.

По технологическим требованиям при напряжении до 1000 В предпочтение отдается четырехпроводной сети, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное. По условиям безопасности выбор одной из двух систем производится с учетом выводов, полученных при рассмотрении этих сетей.

Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять при условии хорошего уровня поддержания изоляции и малой емкости сети. (сети электротехнических лабораторий, небольших предприятий и т.д.).

Сети с заземленной нейтралью следует применять, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды, больших емкостных токов и т.д.). Примером таких сетей являются крупные современные предприятия.

Выбор схемы сети напряжением выше 1000 В рассмотрен ранее.

Эффективность способов ограничения перенапряжений в сетях 6–10 кВ при замыканиях фазы на землю»

растекание ток земля фаза

В условиях постоянного ухудшения технического состояния распределительных сетей из-за отсутствия необходимых средств на своевременную замену и качественный ремонт поврежденного электрооборудования все острее становится проблема поддержания на достаточно необходимом уровне надежности работы систем электроснабжения потребителей электрической энергии. Являясь наиболее протяженными, распределительные сети зачастую работают в весьма тяжелых условиях загрязнения, увлажнения, частых динамических и термических перегрузок, при этом средняя продолжительность эксплуатации большей части основного электрооборудования этих сетей значительно превышает нормативные сроки службы.

Все это приводит к заметному увеличению повреждаемости электрооборудования сетей по причинам различных дефектов, в том числе развивающихся под действием эксплуатационного напряжения.

Наибольшую опасность представляют дуговые перенапряжения, возникающие в сети при перемежающемся (неустойчивом) характере горения дуги в месте пробоя фазной изоляции на землю. Таким образом, основным направлением мероприятий по повышению надежности работы сетей среднего напряжения является предотвращение коммутационных и, особенно, дуговых перенапряжений.

В сложившихся условиях эффективное решение задачи существенного повышения уровня надежности работы распределительных сетей может быть найдено только в комплексном подходе к решению этой проблемы.

С одной стороны, необходимо идти по пути постепенной замены электрооборудования с изношенной изоляцией на новое, для которого большинство внутренних перенапряжений не будут опасны в такой степени, а с другой – принять меры по предельному снижению всех электрических воздействий на ослабленную изоляцию, создав условия для продления срока эксплуатации состарившегося электрооборудования.

Повышение надежности работы распределительных сетей может быть достигнуто путем существенного ограничения внутренних перенапряжений за счет оптимизации режима заземления нейтрали. Режим нейтрали электрической сети высокого напряжения является важнейшим фактором, определяющим характер эксплуатации электрооборудования, влияющим на выбор изоляции и организацию релейной защиты. Этот режим определяет переходные электромагнитные процессы и связанные с ними перенапряжения, условия электробезопасности при замыканиях на землю и требования к заземляющим устройствам электроустановок.

Основным достоинством сетей с изолированной нейтралью является высокая степень надежности электроснабжения потребителей электрической энергии при относительно малых расходах на резервирование, поскольку при однофазных замыканиях на землю (наиболее частый вид повреждения) сеть может оставаться в работе длительное время (до четырех часов), достаточное для отыскания и устранения места повреждения. Однако при работе сети с изолированной нейтралью однофазные замыкания на землю неизбежно сопровождаются возникновением специфических для этого режима перенапряжений, к основным из которых относят дуговые перенапряжения. Такие перенапряжения существуют в виде переходных процессов при перемежающейся дуге и опасны для электрооборудования высокими кратностями и своей продолжительностью.

Возникновение перенапряжений при однофазных дуговых замыканиях на землю происходит за счет смещения нейтрали сети, что приводит к возрастанию напряжений на здоровых фазах до линейных. Наложенная на установившееся значение напряжения высокочастотная составляющая переходного процесса существенно повышает кратность дуговых перенапряжений. Это можно увидеть на рис. 1. При замыкании фазы С на землю появляется напряжение на нейтрали U₀, рост которого в процессе многократного зажигания и гашения дуги тока замыкания приводит к постепенному нарастанию (эскалации) перенапряжений в сети.

Рисунок 1 – Замыкание фазы С на землю и погасание дуги при первом переходе через «нуль» тока высокочастотных колебаний (C=3мкФ, IC=10A)

Поскольку в настоящее время отсутствуют надежные средства защиты электрооборудования сетей собственных нужд от последствий однофазных замыканий на землю, то одно из успешных решений данной проблемы может быть найдено путем оптимизации управления режимом нейтрали, обеспечивающим максимальное ограничение амплитуды и длительности всех возможных повышений напряжения и снижение до минимума тепловых потерь в месте пробоя изоляции.

Определение основных факторов, которые влияют на характер переходных процессов и величину перенапряжений при однофазных замыканиях на землю, производилось с использованием математической модели, разработанной на кафедре «Электрические станции» Донецкого национального технического университета. Она позволяет моделировать глухое замыкание фазы на землю и через перемежающуюся дугу, с погасанием ее при переходе через нуль высокочастотной составляющей (теория Петерсена) или составляющей тока промышленной частоты (теория Петерса и Слепяна), а также многократный пробой изоляции при различных значениях параметров кабельной сети, трансформаторов, двигательной нагрузки и режима работы нейтрали сети. Пользуясь методом контурных токов, для схемы замещения собственных нужд получена система дифференциальных уравнений 50-го порядка, которая численно интегрируется неявным методом Эйлера, обладающим повышенной численной устойчивостью, общее выражение которого на каждом i-ом шаге расчета h выглядит следующим образом:

где

– вектор искомых переменных;

– вектор начальных приближений;

– текущее время расчета;

– количество решаемых уравнений.

Полученная система линейных алгебраических уравнений, записанная относительно вектора искомых переменных решается на каждом шаге методом Гаусса:

где A – матрица текущих коэффициентов размером

;

B – вектор-столбец начальных приближений и свободных членов системы уравнений.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что наличие особенностей в характере переходных процессов в сети с резистивно заземленной нейтралью, где частотные параметры тока и напряжения могут меняться в широких пределах, может быть причиной того, что широко распространенные в настоящее время в сетях собственных нужд электростанций реле РТЗ-51 (РТЗ-50, РТ-40/0,2) в условиях часто повторяющихся пробоев, так называемых клевков, не успевают успешно сработать, и могут находиться в таком состоянии длительное время даже при больших токах замыкания на землю. Хотя и небольшие по величине, но длительно действующие в этом случае перенапряжения могут вызвать повреждение электрооборудования сети. Исходя из изложенного, можно заключить, что резистивное заземление нейтрали сети собственных нужд электростанций не исключает возможности повреждения электрооборудования в условиях неустойчивого горения дуги, что и подтверждается в эксплуатации.