1.2.5. Расчет токов несимметричных кз

Ток любого несимметричного КЗ может быть рассчитан по универсальной формуле

где n – индекс вида КЗ (см. табл. 1.2);

Е_1 – эквивалентная ЭДС прямой последовательности;

Х_1 – результирующее сопротивление схемы замещения прямой последовательности;

m⁽ⁿ⁾ = – коэффициент, зависящий от вида КЗ; характеризует отношение тока рассматриваемого несимметричного КЗ к току прямой последовательности этого КЗ (см. табл. 1.2);

Х⁽ⁿ⁾ – шунт несимметричного КЗ, который включается между началом и концом схемы замещения прямой последовательности и определяется величинами результирующих сопротивлений схем замещения обратной Х_2 и нулевой Х_0 последовательностей (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2

Характеристики различных кз

№	Вид КЗ	Обозначение n	ΔХ	I1	m
1	Трёхфазное КЗ	(3)	0		1
2	Двухфазное КЗ на землю	(1,1)	‌		1,5÷√3
3	Двухфазное КЗ	(2)	Х2		√3
4	Однофазное КЗ на землю	(1)	Х2+Х0		3

1.2.6. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью

В рассмотренных выше случаях несимметричных повреждений нейтраль источника питания была заземленной. С таким режимом нейтрали работают электрические сети напряжением 110 кВ и выше. Сети напряжением 6, 10, 35 кВ работают с изолированной нейтралью. В таких сетях при замыкании одной фазы на землю короткозамкнутый контур не образуется и тока КЗ не будет. Поэтому замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью называется просто замыканием, а не коротким замыканием.

Рассмотрим сначала нормальный режим работы сети с изолированной нейтралью (рис. 1.12). Источник U работает на линию, емкостные проводимости которой моделируются емкостями С. Под действием напряжений U_a, U_b, U_c через емкости С протекают емкостные токи

I_ca=I_cb=I_cc=UC,

где U – фазное напряжение.

Геометрическая сумма емкостных токов

I_ca+I_cb+I_cc=0.

При замыкании на землю, например, фазы С в схеме произойдут следующие изменения (рис. 1.13):

- нейтраль (точка нулевого потенциала) будет в месте замыкания на землю;

- в нейтральной точке источника будет фазное напряжение (-U_c);

- напряжения неповрежденных фаз по отношению к точке нулевого потенциала увеличатся в 3 раз

U’_a= U_a - U_c = U_ac = 3U и U’_b=U_b - U_c = U_bc = 3U;

- емкостной ток фазы с будет равен нулю I_cc=0, вследствие шунтирования емкости этой фазы замыканием на землю;

- емкостные токи неповрежденных фаз увеличатся в 3 раз

I’_ca=I’_cb=3UC;

- геометрическая сумма токов I’_ca и I’_cb даст величину 3UC.

Рис. 1.12. Нормальный режим сети с изолированной нейтралью

.

Рис. 1.13. Режим сети при замыкании на землю

Таким образом, при однофазном замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью в месте замыкания течет ток емкостного характера, величина которого равна арифметической сумме емкостных токов фаз в предшествующем режиме:

I_c = 3UC = 3Ub₀L,

где b₀ – емкостная проводимость 1 км линии;

L – суммарная длина линий сети.

При значительном токе замыкания на землю в месте повреждения возникает перемежающаяся дуга, вызывающая опасные для изоляции перенапряжения и возможность перехода повреждения в двух- или трехфазное КЗ.

Ток замыкания на землю может быть уменьшен (скомпенсирован) с помощью реактора L, включенного в нейтраль источника (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Компенсация емкостных токов

В этом случае при замыкании на землю в месте повреждения дополнительно к емкостному току потечет ток индуктивного характера

I_L=.

Поскольку токи емкостного и индуктивного характера имеют противоположное направление (см. векторную диаграмму рис. 1.14), ток в месте повреждения может быть уменьшен до требуемой величины.

В соответствии с ПУЭ компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока:

- в сетях 6 кВ – более 30 А;

- в сетях 10 кВ – более 20 А;

- в сетях 35 кВ – более 10 А.

Электрические сети с реакторами в нейтралях источников называются сетями с компенсированной нейтралью.