Квазистационарные перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью при замыканиях одной из фаз на землю

Возникновение в сети с изолированной нейтралью однофазного замыкания на землю (рис. 2.3) можно считать одним из предельных случаев искажения симметрии ее параметров. Проводимость поврежденной фазы относительно земли в этом случае будет зависеть в том числе и от сопротивления заземляющей дуги , поэтому по аналогии с (2.2) и (2.3) запишем:

(2.9)

или

, (2.10)

где эквивалент сопротивления дуги, тлеющей изоляции или сопротивления растеканию тока замыкания в земле.

Рис. 2.3. Однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью

Следовательно, при возникновении в сети с изолированной нейтралью однофазного замыкания на землю выражению (2.4) можно придать следующий вид:

. (2.11)

Учитывая отмеченное выше относительно малое влияние асимметрий емкостных и активных проводимостей фаз на землю нормально работающей сети с изолированной нейтралью на ее напряжения, полагая в (2.11) и , получим:

, (2.12)

где

. (2.13)

Таким образом, согласно (2.12) при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение несимметрии будет определяться в основном сопротивлением заземляющей дуги . Если («металлическое» замыкание на землю), то

(2.14)

и, следовательно, в соответствии с (2.1):

; (2.15)

; (2.16)

, (2.17)

где , , и напряжения сети, работающей в режиме с замыканием одной фазы на землю, а , , , и ее напряжения в предшествующем замыканию симметричном режиме.

Из (2.14)-(2.17) следует, что при металлическом однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжение на поврежденной фазе оказывается равным нулю (рис. 2.4), напряжение несимметрии в нейтрали оказывается равным напряжению поврежденной фазы в предшествующем режиме с обратным знаком, а фазные напряжения на здоровых фазах возрастают до значений междуфазных напряжений предшествующего режима ( ), причем их векторы оказываются смещенными друг относительно друга на .

Рис. 2.4. Векторная диаграмма напряжений и токов при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ( )

При конечных значениях для фазных напряжений сети, работающей в режиме однофазного замыкания на землю, в соответствии с (2.1) можно получить следующие выражения:

; (2.18)

; (2.19)

. (2.20)

Динамика изменения векторной диаграммы напряжений в сети с замыканием на землю фазы А в зависимости от величины представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Динамика изменений векторов напряжений в сети с изолированной нейтралью в зависимости от при замыкании на землю фазы А

На диаграмме сплошными линиями показаны векторы напряжений и , соответствующие нормальному режиму работы сети, и векторы и , соответствующие режиму замыкания на землю фазы А при .

Пунктиром показано положение векторов при отношении к , равном единице.

На рис. 2.6 в относительных единицах показаны изменения модулей напряжений и при однофазном замыкании на землю фазы А в зависимости от величины сопротивления заземляющей дуги , выраженного в долях емкостного сопротивления сети .

Рис. 2.6. Зависимости модулей напряжения несимметрии и напряжений фаз в сети с изолированной нейтралью от сопротивления в месте замыкания (i = А, В, С, N)

Как видно из диаграммы рис. 2.5 и зависимостей рис. 2.6 по мере увеличения сопротивления напряжение несимметрии в нейтрали уменьшается от до нуля, при этом конец вектора перемещается по некоторой полуокружности. Векторы фазных напряжений и также перемещаются по полуокружностям, что сопровождается изменением напряжений на поврежденной фазе от значения, равного нулю, до значения и изменением напряжений на поврежденных фазах, соответственно , от междуфазных значений и до фазных: и . В то же время треугольник междуфазных напряжений сети остается неизменным при любых значениях . Это позволяет сделать вывод о том, что рассматриваемое нарушение нормального режима работы сети не может повлиять на работу присоединенных к ней трехфазных потребителей электроэнергии. В связи с этим важное значение для решения вопроса о длительной допустимости работы сети при однофазном замыкании на землю имеет анализ величины тока, проходящего в месте замыкания и характера его воздействия на электротехническое оборудование.