Компенсация емкостных токов замыкания на землю: Методические указания к лабораторной работе № 15

Министерство науки, высшей школы и технической политики России

Новосибирский государственный технический университет

Компенсация емкостных токов замыкания на землю

Методические указания к лабораторной  работе №15

для студентов  3-4 курсов всех факультетов и всех форм обучения

Новосибирск – 1990

Составители: В.П.Щербина, канд. техн. наук

Рецензент:     А.И.Бородин, канд. техн. наук

Работа подготовлена на кафедре охраны труда

                                                 Цель работы

Познакомить студентов с одним из способов повышения безо­пасности эксплуатации электроустановок путем компенсации емкост­ной составляющей тока замыкания на землю и на основания опытных данных произвести расчет индуктивности компенсирующей катушки.

1. Введение

В сетях с изолированной нейтралью в качестве основной за­щитной меры широко применяется заземление металлических корпусов электроустановок (рис.1).                                                                                                                                      

Рис.1. Пробой изоляций на заземленный корпус электроустановки

При пробое фазы на корпус электроустановки напряжение на
корпусе относительно земли [1].

                  v_k = I_З * R_З                                      (1)

где  I_З - ток замыкания на землю, равный при  С₁ = С₂ = С₃ = С и                       R₁ = R₂ = R₃ = R:

                        I_З =3*v_i / (3*R_З + Z)                        (2)

где   R_З - сопротивление заземляющего устройства;

         v_i  - фазное напряжение пробитой на корпус фазы;

         Z=R/(R*j*w*c+1) - полное сопротивление изоляции одной фазы

                                         относительно земли.

    Максимально допустимое напряжение на заземленном корпусе электроустановки зависит от рабочего напряжения электроустановки:

при v ≥ 1000 В,  v_k.max  ≤ 250 В или 125 В;

при v < 1000 B,  v_k.max  ≤ 42 В [З].

    Требования к величине R_З определяются правилами [2] , и ее можно считать известной и фиксированной. Тогда из (I) следует, что  v_k  зависит

от I_З : чем меньше  I_З тем выше степень безопасности.

Примечание. Студенты всех специальностей факультетов ЭЭФ, ЭлТФ и ФАЭМС, выполняя данную лабораторную работу, должны знать требования безопасности для электроустановок как до, так и выше 1000 В. Студенты остальных факультетов - только для электроуста­новок до 1000 В.

Известно, что в сетях с изолированней нейтралью ток замыкания на землю зависит в основном от состояния изоляции сети отно­сительно

земли [I]. С учетом этого выражения (1) примет вид

              I_З = 3*v/Z=3*v*Y=3*v*(g+j*b) = I_A+I_C             (3)

где  Y- проводимость изоляций фазного провода относительно зем­ли,

             Y=I/Z, или Y=g + j*b ,  g=I/R ,  b=w*c ;

 I_A , I_C -активная и реактивная (емкостная) составляющие то­ка замыкания  

                   на землю.

      Величина R зависит от материала, использованного в качестве изоляции, и его состояния, т.е. производя своевременно и качественно ремонт линии, можно поддерживать активное сопротив­ление изоляции на достаточно высоком  уровне.

       Величина С почти не зависит от состояния изоляции и определяется в основном конструкцией линии, ее протяженностью. В процессе эксплуатации С остается практически постоянной.

      Если считать, что все мероприятия по увеличению активного сопротивления изоляции выполнены, то уменьшить  I_З можно, снизив реактивную составляющую этого тока. Это может быть достигнуто путем подключения индуктивностей параллельно емкостям отдельных фаз сети (рис.2.а.) или между нулевой точкой источника, если она доступна, и землей (рис.2.б.).

Рис.2. Возможные схемы компенсации I_i :

            а - параллельная компенсация;

            б -включение компенсирующей катушки в нулевую точку 

                трансформатора

Каждый из контуров, образованных индуктивностью и емкостью, должен быть настроек на частоту сети (f_c). В этом  случае его сопротивление велико (в идеале оно стремится к бесконечности) и ток замыкания будет определяться только активным сопротивлением изоляции: I_З = 3*v*g , g=1/R.

Значение L_i - для первой схемы (рис.2,а) определится как

                 L_i =1/(w² *C_i )                                            (4)

Для схемы рис.2,б ограничимся определением L_K при условии

С₁ = С₂ =С₃ = С :

                 L_K =1/(w² *3C )                                              (5)

При полной компенсации емкостной составляющей ток замыкания на

землю I_З = 3*v*g . При высоком уровне сопротивления изоляции этот ток может быть меньше допустимого для человека. Тогда ком­пенсация I_С обеспечивает безопасность при случайном прикосно­вении человека к фазному проводу.

2. Описание лабораторной установки

     Схема лабораторной установки показана на рис. 3.                                                   

     Линейное напряжение источника питания (Тр) равно 380 В.

     Стенд позволяет имитировать три режима нейтрали (S₂) :

изолированная нейтраль (ИН), глухозаземленная нейтраль (ГЗН) и "компенсированная нейтраль" (КН) - режим с компенсацией ем­костных токов замыкания на землю.

 Рис.3. Принципиальная схема лицевой панели  стенда

  Напряжение на стенд подается с помощью выключателя S₁ , S₁ подключает линию к источнику питания Тр  ( здесь Z₁, Z₂ , Z₃  - со­противление изоляции фазных проводов линии относительно земли ) ;  S₄  подключает к линии посредством отрезка кабеля электроприемник ЭП (здесь Z′₁ , Z′₂ , Z′₃  - сопротивления изоляции отрезка ка­беля от включателя S₄  до  электроприемника и сопротивления изо­ляции относительно земли самого электроприемника ); R_З - сопротив­ление заземляющего устройства; S₅ имитирует прикосновение че­ловека к фазному проводу (R_h  = 1000 Ом); S₆ - имитирует замыкание фазы на землю; S₇ - имитирует замыкание фазы на корпус ЭП.