Простые замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. Изучение простых замыканий на землю, построение векторных диаграмм токов и напряжений при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью

Лабораторная работа №2

Простые замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

1.Цель работы: Изучение простых замыканий на землю, построение векторных диаграмм токов и напряжений при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью.

2.Краткая теория

При замыкании на землю одной из фаз в системе с изолированной нейтралью, т.е. при простом замыкании на землю, путь для тока, протекающего в землю, осуществляется через емкостную проводимость элементов каждой фазы относительно земли (рис. 2.1).

Пусть в начале трехфазной линии, присоединенной к источнику переменного тока, произошло замыкание на землю фазы А. Распределенные по линии емкости каждой фазы относительно земли условно на рис.2.1 представлены сосредоточенными емкостями в конце линии. Частичные емкости между фазами для простоты не показаны; при этом отметим, что их влияние на ток замыкания незначительно и им можно пренебречь.  

Проследим путь циркуляции тока замыкания на землю. На рис.2.1 он указан стрелками. Поступая в землю в месте замыкания, ток возвращается по неповрежденным фазам через их емкостные проводимости относительно земли. При замыкании на землю емкостная проводимость поврежденной фазы оказывается зашунтированной рассматриваемым замыканием, и ток в этой фазе справа от места замыкания отсутствует. Характер векторных диаграмм токов слева и справа от места замыкания показан на рис. 2.1,а.

В действительности емкостная проводимость линии распределена равномерно по ее длине, поэтому эпюра пространственного распределения тока нулевой последовательности, которая составляет одну треть тока, замыкая на землю, вдоль линии выражается наклонной прямой (рис. 2.1,б)

Емкостные проводимости элементов электрической системы значительно превышают их активные проводимости, что позволяет при определении тока простого замыкания на землю пренебречь активными проводимостями.

Следовательно, можно считать, что величина тока практически не зависит от места замыкания в рассматриваемой сети. Кроме того, так как ток замыкания на землю мал, то  при его определении можно считать, что напряжение источника сохраняется неизменным. При этих допущениях, ток в месте замыкания на землю через дугу с сопротивлением Rд будет:

                                         (2.1)

где: Xсас - результирующее емкостное сопротивление нулевой последовательности всех элементов, электрически связанных с точкой замыкании; - среднее фазное напряжение той ступени, где рассматривается замыкание на землю.

Рис. 2.1. Простое замыкание на землю: а – принципиальная схема; б - эпюра пространственного распределения тока нулевой последовательности.

Наибольшая величина тока замыкания на землю имеет место при металлическом замыкании (Rд=0)  и составляет:

                                               (2.2)

т.е. ток в три раза превышает емкостной ток  одной фазы в нормальных условиях.

Для грубой оценки тока замыкания на землю служит импирическая формула:

                                       (2.3)

где: - среднее номинальное напряжение ступени, где рассматривается замыкание  на землю, кВ;

N - коэффициент, принимаемый для воздушных линий 350, для кабельных – 10;

L – суммарная длина воздушных или кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км.

Для симметричных составляющих напряжений имеем:

-  для прямой последовательности

                                                                     (2.4)

-  для обратной последовательности

                                                          (2.5)

-  для нулевой последовательности

                           (2.6)

На рис. 2.2 приведены векторные диаграммы напряжений и токов в месте простого замыкания на землю фазы А. Они построены при указанных допущениях. С изменением сопротивления дуги Rд концы векторов токов и напряжений скользят по дугам соответствующих окружностей. Значения линейных напряжений остаются без изменений и лишь перемещаются параллельно самим себе. Неизменность линейных напряжений обуславливает практически постоянное значение тока в емкостной проводимости между фазами как при нормальных условиях, так и при простом замыкании на землю. С уменьшением сопротивления дуги напряжение поврежденной фазы стремится к нулю, а напряжение "здоровых" фаз – к  линейным напряжениям.

Рис. 2.2. Векторные диаграммы напряжений и токов в месте простого замыкания на землю.

Для ограничения тока простого замыкания целесообразно нейтраль трансформатора замкнуть через индуктивную катушку. Индуктивность такой катушки выбирается так, чтобы в цепи нулевой