Электрические сети напряжением свыше 1000 в

Электроустановки напряжением выше 1000 В, согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ), делятся на электроустановки с малыми токами замыкания на землю (I_з£500 А), к которым относятся сети, работающие с изолированной или компенсированной нейтралью, и электроустановки с большими токами замыкания на землю (I_з> 500 А), работающие с глухозаземленной нейтралью.

Ток однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью определяется частичными емкостями фаз сети по отношению к земле и зависит от напряжения, конструкции и протяженности сети. При замыкании на землю одной фазы, например фазы С (рис. 5.9), напряжение этой фазы по отношению к земле будет равно нулю, а напряжения двух других фаз увеличатся в раз и угол сдвига между векторами этих напряжений будет 60°(рис. 5.10). Емкостной ток поврежденной фазы будет равен нулю, а емкостные токи каждой неповрежденной фазы увеличатся пропорционально росту напряжений на емкости и соответственно будут равныI_CAиI_CB. Суммарный ток через емкости неповрежденных фаз 3I_C, равный геометрической сумме токов этих фаз, будет проходить через место замыкания фазыСна землю, замыкаясь через источник питания сети.

Рис. 5.9. Схема сети 35 кВ с изолированной нейтралью

Рис. 1.30. Векторная диаграм­ма для сети 35 кВ

При неметаллическом замыкании на землю в месте замыкания возникает перемежающаяся дуга, которая сопровождается повторными гашениями и зажиганиями. Между емкостью и индуктивностью сети в этом случае появляются свободные электромагнитные колебания высокой частоты, вследствие чего в сети возникают перенапряжения. Амплитуда дуговых перенапряжений в сетях 6…35 кВ, согласно многократно проведенным исследованиям, при отсутствии феррорезонансных явлений может достигнуть значений 3,2U_фна неповрежденных фазах и 2,2U_ф– на поврежденной.

Кратковременные дуговые перенапряжения такой величины не опасны для нормальной работы изоляции оборудования. Однако длительное воздействие перенапряжений на изоляцию (например, КЛ) может привести к ионизации и тепловому пробою ее в любой точке сети. Кроме того, наличие значительного тока в дуге развитых кабельных сетей приводит к переходу однофазных замыканий в двух- и трехфазные короткие замыкания и отключению электроприемников.

Предельные значения емкостного тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, при которых еще обеспечивается самопогасание дуги, в месте замыкания составляют 10 А для ВЛ 35 кВ и от 10 до 30 А для КЛ в зависимости от номинального напряжения. Такие токи соответствуют электрическим сетям с ВЛ и КЛ с суммарной протяженностью электрически связанных линий свыше 100 км. Такие сети должны работать с компенсированной нейтралью. Компенсация осуществляется включением в нейтральную точку трехфазной сети настраиваемого индуктивного сопротивления – дугогасящей катушки (реактора).

На рис. 5.10 представлена схема простейшей сети с компенсированной нейтралью. При замыкании на землю одной фазы в такой сети напряжение двух неповрежденных фаз по отношению к земле, как и в сети с изолированной нейтралью, увеличивается в раз, а напряжение нейтрали будет равно фазному напряжению (рис. 1.30). Под действием этого напряжения через дугогасящую катушку пойдет ток. Сопротивление катушки подбирают таким образом, чтобы индуктивный токI_L, проходящий через катушку, был по величине равен суммарному емкостному току 3I_C, проходящему через фазные емкости сети. В этом случае ток в месте замыкания фазы на землю, представляющий собой геометрическую сумму этих двух токов, будет равен нулю (см. рис. 5.10) и, следовательно, возникшая дуга погаснет. Такая настройка катушки с полной компенсацией емкостного тока называется резонансной.

Рис. 5.10. Сеть 35 кВ с компенсированной нейтралью

В сетях 110…220 кВ однофазные замыкания на землю составляют свыше 75…85 % всех повреждений, а в сетях более высокого напряжения повреждения междуфазной изоляции вообще очень редки.

При коротких замыканиях на землю в таких сетях в месте повреждения возникает дуга с большим током, которая гаснет из-за отключения ЛЭП. В переходном режиме и при коммутациях в сети возникают внутренние перенапряжения с кратностью k=U_вн /U_ф. Внутренние перенапряжения оказывают определяющее влияние на выбор изоляции, и поэтому принимаются возможные меры для их снижения.

Для снижения внутренних перенапряжений нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов в высоковольтных сетях заземляют наглухо. В сетях 100…220 кВ заземляют такое количество нейтралей, которое обеспечивает их эффективное заземление.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть свыше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

В сетях 330 кВ и выше применяют глухое заземление всех трансформаторов и автотрансформаторов.