Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты

Какие бывают виды

Короткое замыкание. Каждый слышал это словосочетание. Многие видели надпись «Не закорачивать!» Часто, когда ломается какой-нибудь электроприбор, говорят: «Коротнуло!» И несмотря на негативный оттенок этих слов, профессионалы знают, что короткое замыкание – не печальный приговор. Иногда с коротким замыканием (КЗ) бороться бессмысленно, а порой и принципиально невозможно. В этой статье будут даны ответы на самые важные вопросы: что такое короткое замыкание и какие виды КЗ встречаются в технике.

Будет интересно Что такое статическое электричество и как от него избавиться

Начнем рассматривать эти вопросы под необычным углом – узнаем, в каких случаях короткие замыкания неизбежны и где они не играют роль повреждений. Возьмем за оба конца обыкновенный металлический провод. Соединим концы вместе. Провод замкнулся накоротко – произошло КЗ. Но так как в цепи отсутствуют источники электрической энергии и нагрузка, такое короткое замыкание никакого вреда не несет. В некоторых областях электротехники КЗ, которое мы рассмотрели, играет на руку, например, в электрических аппаратах и электрических машинах.

Взглянем на однофазное реле или пускатель, в конструкции которых есть магнитная система с подвижными частями – электромагнит, притягивающий якорь. Из-за постоянно меняющейся полярности тока, текущего в обмотках электромагнита, его магнитный поток периодически становится равен нулю, что вызывает дребезжание якоря, появляются вибрации и характерное, знакомое всем электрикам гудение. Чтобы избавиться от этого явления, на торец сердечника электромагнита или якоря прикрепляют короткозамкнутый виток – кольцо или прямоугольник из меди или алюминия.

Из-за явления электромагнитной индукции в витке создается ток, создающий свой магнитный поток, компенсирующий пропадание основного магнитного потока, создаваемого электромагнитом, что приводит к уменьшению или исчезновению вибраций, разрушающих конструкцию.

Так же на руку играет короткое замыкание и в роторе асинхронного электродвигателя. Благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с короткозамкнутым ротором, в роторе по уже упомянутому закону появляются свои токи, создающие свое поле, что приводит ротор во вращение

Конечно, важно грамотное проектирование электродвигателя или электрического аппарата, чтобы токи, протекающие в короткозамкнутых элементах, не приводили к перегреву и порче изоляции основных обмоток

Возгорание розетки

Подобным образом понятие «короткое замыкание» используется применительно к трансформаторам. Люди, так или иначе связанные с энергетикой, знают, что одна из важнейших характеристик трансформатора – это напряжение короткого замыкания, UКЗ, измеряемое в процентах. Возьмем трансформатор. Одну из его обмоток, скажем, низшего напряжения (НН) закоротим амперметром, сопротивление которого, как известно, принимается равным нулю. Обмотку высшего напряжения (ВН) подключаем к источнику напряжения. Повышаем напряжение на обмотке ВН до тех пор, пока ток в обмотке НН не станет равным номинальному, фиксируем это напряжение.

Делим его на номинальное напряжение высшей стороны, умножаем на 100%, получаем UКЗ. Эта величина характеризует потери мощности в трансформаторе и его сопротивление, от которого зависит ток короткого замыкания, ведущий к повреждениям. Поговорим наконец о коротких замыканиях, несущих негативные последствия. Такие короткие замыкания появляются, когда ток от источника питания протекает не через нагрузку, а только через провода, обладающие ничтожно маленьким сопротивлением. Например, трехфазный кабель питается от трансформатора, и одним неосторожным движением ковша экскаватора происходит его повреждение – две фазы закорачиваются через ковш. Такое КЗ называют двухфазным. Аналогично по количеству замкнутых фаз называют другие КЗ.

Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не является коротким, но может представлять угрозу жизни живых существ. Металлическим называют КЗ, в котором переходное сопротивление равно нулю – например, при болтовом или сварочном соединении. Токи КЗ в зависимости от напряжения и вида повреждения могут достигать тысяч и сотен тысяч ампер, приводить к пожарам и колоссальным электродинамическим усилиям, «выворачивающим» шины и провода. Защита от КЗ может осуществляться автоматическими выключателями или предохранителями, а в высоковольтных сетях – средствами релейной защиты и автоматики.

Защита блока питания от короткого замыкания.

Используемые методы расчета

Принцип вычисления I cc прост, поскольку достаточно применить закон Ома  :
где:
яCCзнак равноUZя+∑Zл+∑Zв{\ displaystyle I _ {\ text {cc}} = {\ frac {U} {Z_ {i} + \ sum {Z_ {l}} + \ sum {Z_ {a}}}}}

U — напряжение сети (между фазой и нейтралью);

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты
Короткое замыкание возле генератора

  • Z i — внутреннее сопротивление источника;
  • Z l — импеданс пересекаемых участков линии;
  • Z a — импеданс встречающегося оборудования.

На практике такой расчет сложен по нескольким причинам:

  • он включает в себя малоценные элементы, которые в остальное время игнорируются и мало или плохо указаны производителями;
  • источник энергии сложен, когда дело доходит до распределительной сети, потому что он состоит из множества генераторов и линий; взаимосвязаны. Поставщик энергии просто характеризует свою сеть в точке доставки по силовому короткому замыканию, указанному в МВА  ;
  • для этих экстремальных значений интенсивности трудно пренебречь нелинейностью определенных импедансов ;
  • Установление тока короткого замыкания является сложной задачей, и его форма и достигаемые амплитуды сильно зависят от момента, в который произошло короткое замыкание. Переходный режим еще более сложен, когда генератор находится близко к месту повреждения;
  • появление короткого замыкания обычно вызывает разбаланс трехфазного режима  ;
  • другие элементы можно ввести дополнительные параметры, которые трудно учитывать: конденсаторные банки, внешний вид вину дуг , вращающиеся машины в установке, анти-гармонические фильтры, трансформаторы тока ,  и т.д.

По этим причинам все методы расчета токов короткого замыкания используют приближения, пренебрегая определенными явлениями, тем самым определяя области их достоверности, где полученные результаты имеют приемлемую точность и превышают их. Можно назвать несколько способов:

Метод импеданса

Этот метод позволяет получить хорошую точность в LV (<1000 В). Он состоит в перечислении всех импедансов, обнаруженных на пути тока короткого замыкания. Таблицы упрощают определение полных сопротивлений распределительной сети по ее мощности короткого замыкания и сопротивлений трансформаторов по их полной мощности. В других таблицах для каждого типа линии и метода их установки указана относительная доля сопротивления и реактивного сопротивления в их импедансах.

После завершения переписи рассчитывается модуль полного импеданса, который позволяет, применяя закон Ома, определить значение тока короткого замыкания.

Метод композиции

Этот метод можно использовать, когда характеристики корма неизвестны. Импеданс рассматриваемой цепи на входе рассчитывается на основе оценки тока короткого замыкания в его источнике. Этот приблизительный метод имеет достаточную точность для добавления цепи к существующей установке, если ее мощность не превышает 800 кВА.

Компенсационные меры защиты

Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю. Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

Популярные статьи  Энергосберегающие лампочки: конструктивные особенности, плюсы и минусы

Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

Напряжение сети, кВ 6 10 20 35
Емкостный ток, А 30 20 15 10

При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

Средства защиты

По регламенту «Охраны труда» рабочие должны соблюдать меры защиты и передвигаться по зоне в диэлектрических ботах, иметь при себе диэлектрические перчатки, изолирующие штанги, измерители напряжения, монтажные инструменты с изолирующими рукоятками.

Что касается работников электрических профессий самым основным риском является работа без наряда допуска. Когда вы знаете, что должно быть отключено и где заземлено, вы можете работать безопасно.

Помимо наряд-допуска существует оценка риска, которая поможет вам сориентироваться на объекте и избежать опасности. Оценка риска — это документ, в котором указан предполагаемый ущерб здоровью и жизни работника, связанный с производством работ на объекте.

Похожие материалы:

  • Отгорание нуля
  • Безопасность в аварийных ситуациях
  • Требования безопасности при выполнении работ
  • Средства защиты в электроустановках

В завершении жизненная мудрость. Будьте осторожны и соблюдайте технику безопасности, это поможет вам спасти вашу жизнь. Всегда смотрите не только по сторонам, но и под ноги, тем более, если находитесь в знакомой вам местности, порой за ночь может все измениться. 

Однофазные замыкания на землю

Однофазные замыкания на землю — это такое повреждение на линиях электропередачи, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ являются очень распространенным видом повреждения, на однофазные замыкания на землю приходится 70- 90% электрических повреждений. .

Сама по себе передача электроэнергии производится по специальным трехфазным электрическим цепям высокого напряжения. Одна из особенностей транспорта электроэнергии заключается в наличии нейтрального провода в схеме, который представляет из себя общую точку источников питания трехфазной электрической системы, также называемой нейтралью.

Процессы, протекающие в сети при возникновении такого замыкания, значительным образом зависят от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях с изолированной нейтралью ток однофазного замыкания на землю замыкается через емкости неповрежденных фаз. Его значение невелико и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. Это позволяет эксплуатировать сеть, не отключая повреждения данного вида незамедлительно. Но в таком случае изоляция оборудования будет стареть намного быстрее, и это может привести к более опасному явлению — короткому замыканию, которое требует немедленного отключения поврежденного участка сети.

В сетях с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием. Ток повреждения в данном случае замыкается через заземленные нейтрали первичного оборудования и имеет значительную величину. Такое повреждение требует немедленного обесточивания поврежденного участка.

Учитывая данную особенность, то выбор оптимального типа нейтрали является сложной технико-экономической задачей.

В России данная задача нашла решение в таком виде, что распределительные сети уровнем 6-35 кВ эксплуатируются в изолированном от земли режиме нейтрали источников питания, а сети более высокого уровня напряжения эксплуатируются в режиме, когда нейтраль напрямую связана с землей – глухозаземленный и эффективный режим нейтрали.

Причины однофазных замыканий на землю

Износ или повреждение изоляции оборудования — основная причина возникновения ОЗЗ. Изоляция может быть нарушена по разным обстоятельствам. Это может произойти как вследствие внешнего механического повреждения, так и по причине старения.

Расчет суммарного тока ОЗЗ

При замыкании на землю фазы одной из нескольких ЛЕП, что включенные к общему источнику, суммарный ток в месте замыкания за счет емкостных токов всех ЛЕП можно рассчитать несколькими методами.

Первый метод заключается в использовании удельных емкостей ЛЭП. Этот способ расчета даст наиболее точный результат и является предпочтительным. Удельные емкости ЛЭП можно взять из справочной литературы, или же из технических характеристик кабеля, предоставляемых заводом-изготовителем.

Выражение для определения тока ОЗЗ:

,

где С∑ – суммарная емкость фазы всех ЛЕП, причем С∑ = Суд l; Суд – удельная емкость фазы сети относительно земли, Ф/км; l – общая длина проводника одной фазы сети.

Второй метод применим для сетей с кабельными ЛЭП. Ток замыкания на землю для такой сети можно определить по эмпирической формуле:

,

где UНОМ – номинальное линейное напряжение сети, кВ; li – длина кабельной линии, км; qi – сечение жилы кабеля, мм2.

Кроме этих методов для расчета суммарного тока ОЗЗ, можно использовать значения емкостных токов каждого кабеля взятых из справочной литературы.

Явление растекания

В 3-х фазной питающей сети, работающей по схеме с так называемой «изолированной» нейтралью, о замыкании фазы на землю можно судить по показаниям подключённого к ней индикаторного прибора (вольтметра). Для организации таких измерений его контрольные щупы подсоединяются к контактам вторичной обмотки измерительного трансформатора типа НТМИ, способного выдерживать длительные перенапряжения.

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты

При непосредственном или прямом замыкании проводника на землю обмотка измерительного трансформатора накоротко замкнута, а показания соответствующего ей вольтметра будут нулевыми.

В случае практического измерения емкостного тока замыкания на землю используют метод «подбора». Его суть заключается в умышленных смещениях нейтрали (подача переменного напряжения в нейтраль) и измерении возникающих при этом токах.

Метод применяется только в сухую погоду к сетям не более 10 кВ. Проводить замеры тока замыкания на землю могут те работники, которые получили допуск.

Расчетный ток замыкания на землю определяется как геометрическая сумма его емкостных составляющих во всех рабочих жилах согласно следующей формуле:

С ростом протяжённости сети её емкость, естественно, возрастает и, согласно формуле, увеличивается аварийный ток утечки. Одновременно с этим в соответствии с требованиями ПУЭ величина тока в цепи не должна превышать следующих значений:

Для выполнения указанного требования в 3-х фазных питающих цепях должна быть принудительно организована компенсация емкостного тока замыкания на землю.

МТЗ линии 6-35 кВ

Я уже рассматривал МТЗ, но, повторение — мать ученья. Максимальная токовая защита с выдержкой времени выступает в качестве первой ступени трехступенчатой защиты линии. Для расчета необходимо рассчитать ток срабатывания защиты, ток уставки, выдержку времени и отстроиться от соседних защит.

1) На первом этапе определяем ток срабатывания защиты с учетом токов самозапуска и других сверхтоков, которые протекают при ликвидации КЗ на предыдущем элементе:

в данной формуле мы имеем следующие составляющие:

Iс.з.

— ток срабатывания защиты 2РЗ, величина, которую мы и определяем

— коэффициент надежности, который на самом деле можно считать скорее коэффициентом отстройки для увеличения значения уставки; для микропроцессорных равен 1,05-1,1, для электромеханических 1,1-1,4.

kсзп

— коэффициент самозапуска, его смысл в том, что при КЗ происходит просадка напряжения и двигатели самозапускаются. Если нет двигателей 6(10) кВ, то коэффициент принимается 1,1-1,3. Если нагрузка есть, то производится расчет при условии самозапуска ЭД из полностью заторможенного состояния. Коэффициент самозапуска определяется, как отношение расчетного тока самозапуска к максимальному рабочему току. То есть зная ток самозапуска, можно не узнавать максимальный рабочий ток, хотя без этого знания не получится рассчитать ток самозапуска — в общем, сократить формулу не удастся особо.

— коэффициент возврата максимальных реле тока; для цифровых — 0,96, для механики — 0,65-0,9 (зависит от типа реле)

Iраб.макс.

— максимальный рабочий ток с учетом возможных перегрузок, можно узнать у диспетчеров, если есть телефон и полномочия. Для трансформаторов до 630кВА = 1,6-1,8*Iном, для трансформаторов двухтрансформаторных подстанций 110кВ = 1,4-1,6*Iном.

2) На втором этапе определяем ток срабатывания защиты, согласуя защиты Л1 и Л2:

Популярные статьи  Позиционные регуляторы и двухпозицонное регулирование

Iс.з.посл.

— ток срабатывания защиты 2РЗ

kн.с.

— коэффициент надежности согласования, величина данного коэффициента от 1,1 до 1,4. Для реле РТ-40 — 1,1, для РТВ — 1,3…1,4.

— коэффициент токораспределения, при одном источнике питания равен единице. Если источников несколько, то рассчитывается через схемы замещения и сопротивления элементов.

Первая сумма в скобках

— это наибольшая из геометрических сумм токов срабатывания МТЗ параллельно работающих предыдущих элементов.Вторая сумма — геометрическая сумма максимальных значений рабочих токов предыдущих элементов, кроме тех, с которыми происходит согласование.

3) На третьем этапе выбираем наибольший из токов, определенных по условиям 1) и 2) и рассчитываем токовую уставку:

kсх

— коэффициент схемы, данный коэффициент показывает во сколько раз ток в реле больше, чем ток I2 трансформатора тока при симметричном нормальном режиме работы; при включении на фазные токи (звезда или разомкнутая звезда) равен 1, при включении на разность фазных токов (треугольник) равен 1,73.

— коэффициент трансформации трансформатора тока.

4) Далее определяется коэффициент чувствительности, который должен быть больше или равен значения, прописанного в ПУЭ.

Отношение минимального тока, протекающего в реле, при наименее благоприятных условиях работы, к току срабатывания реле (уставке). Для МТЗ значение kч должно быть не менее 1,5 при кз в основной зоне защиты и не менее 1,2 при кз в зонах дальнего резервирования.

5) Определяемся с уставкой по времени

Смысл уставок по времени в следующем: если у нас КЗ как на рисунке выше, то сначала должен отключиться выключатель Л1 (находящийся ближе к КЗ), это необходимо, чтобы оставить в работе неповрежденные участки системы.

То есть tс.2рз=tс.1рз+dt

, где дельта t — ступень селективности. Эта величина зависит от быстродействия защит (в частности точности работы реле времени) и времени включения-отключения выключателей.

Если предыдущая РЗ является токовой отсечкой или же РЗ выполнена на электронных (полупроводниковых) реле — dt можно принять 0,3с. Если же в РЗ используются электромеханические реле, то dt может быть 0,5…1,0. Для различных реле эта величина может доходить до нескольких секунд.

Как было написано выше, особенностью МТЗ является накапливание выдержек времени от элемента к элементу. И чем больше величина dt, тем большей будет отдаленная уставка. Для решения этой проблемы следует устанавливать цифровые РЗ (dt=0,15…0,2с) и одинаковые выключатели. Ведь, если выключатели одного типа, то и время срабатывания у всех одинаковое. А если, оно невелико, то и суммарная величина будет мала.

В общем выбор мтз состоит из трех этапов:

  • несрабатывание 2РЗ при сверхтоках послеаварийных режимов
  • согласование 2РЗ с 1РЗ
  • обеспечение чувствительности при КЗ в конце Л1(рабочая зона) и в конце Л2 (зона дальнего резервирования)

Расчет емкостного тока замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью

Сети напряжением 6-35 кВ работают преимущественно в режиме с изолированной нейтралью. В нормальном режиме по фазным проводам такой сети протекают токи нагрузки, а также емкостные токи и токи утечки.

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты
Сеть с изолированной нейтралью в нормальном режиме

Емкостные токи обусловлены емкостью фаз относительно земли, а токи утечки – активной проводимостью изоляции. По сравнению с емкостными токами, токи утечки малы и составляют 2-6% емкостных, поэтому при расчетах ими можно пренебречь.

При замыкании на землю одной фазы, например фазы “С”, напряжение нейтрали Un становится равным напряжению поврежденной фазы. Соответсвенно меняется картина распределения токов.

Так как в результате повреждения емкость фазы “С” становится зашунтированной, напряжение Ucn=0 (если пренебречь падением напряжения на продольном сопротивлении ЛЭП), емкостной ток, обусловленный емкостью С0с становится равным нулю.

При этом по поврежденной фазе «С» будет протекать емкостной ток замыкания на землю, равный емкостному току неповрежденных фаз

Знак “-“ говорит от том, что ток направлен в противоположную сторону, то есть к источнику питания, а не от него.

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты
Сеть с изолированной нейтралью при КЗ

Для определения уставок срабатывания токовой защиты от замыкания на землю, необходимости компенсации емкостных токов замыкания на землю, необходимо уметь определять ток замыкания на землю линии.

Основные характеристики ОЗЗ

Одним из наиболее частых видов повреждений на линиях электропередачи является однофазное замыкание на землю (ОЗЗ) — это вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или на элемент электрически связанный с землей. ОЗЗ является наиболее распространенным видом повреждения, на него приходится порядка 70-90 % всех повреждений в электроэнергетических системах. Протекание физических процессов, вызванных этим повреждением, в значительной мере зависит от режима работы нейтрали данной сети.

В сетях, где используется заземленная нейтраль, замыкание фазы на землю приводит к короткому замыканию. В данном случае ток КЗ протекает через замкнутую цепь, образованную заземлением нейтрали первичного оборудования. Такое повреждение приводит к значительному скачку тока и, как правило, незамедлительно отключается действием РЗ, путем отключения поврежденного участка.

Электрические сети классов напряжения 6-35 кВ работают в режиме с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое добавочное сопротивление. В этом случае замыкание фазы на землю не приводит к образованию замкнутого контура и возникновению КЗ, а ОЗЗ замыкается через емкости неповрежденных фаз.

Величина этого тока незначительна (достигает порядка 10-30 А) и определяется суммарной емкостью неповрежденных фаз. На рис. 1 показаны схемы 3-х фазной сети в режимах до и после возникновения ОЗЗ.

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты

Рисунок 1 – Схема сети с изолированной нейтралью а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ Такое повреждение не требует немедленного отключения, однако, его длительное воздействие может привести к развитию аварийной ситуации. Однако при ОЗЗ в сетях с изолированной нейтралью происходят процессы, влияющие на режим работы электрической сети в целом.

На рис. 2 представлена векторная диаграмма напряжений.

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты
Рисунок 2 – Векторные диаграммы напряжений а) в нормальном режиме; б) при ОЗЗ

При ОЗЗ происходит нарушение симметрии линейных фазных напряжений, напряжение поврежденной фазы снижается практически до 0, а двух “здоровых” фаз поднимаются до уровня линейных. При этом линейные напряжения остаются неизменными.

Компенсационные меры защиты

Из-за распределённой по воздушным и кабельным линиям электропередач ёмкости, при ОЗЗ в месте повреждения протекает ёмкостный ток. В наиболее тяжелых случаях, возможно возникновение электрической дуги, горение которой может приводить к переходу ОЗЗ в двух- или трёхфазное замыкание и отключению линии релейной защитой. Вследствие этого потребитель электроэнергии может временно лишиться электроснабжения.

В соответствии с положениями ПУЭ в нормальных условиях работы сети должны предприниматься специальные меры защиты от возможного пробоя на землю. Для предотвращения возникновения дуги и уменьшения емкостных токов применяют компенсацию емкостных токов. Значения емкостных токов, при превышении которых требуется компенсация согласно ПУЭ и ПТЭ, приведены табл. 1.

Таблица 1 – Значения токов требующие компенсации

Напряжение сети, кВ 6 10 20 35
Емкостный ток, А 30 20 15 10

При более низких уровнях токов считается, что дуга не загорается, или гаснет самостоятельно, применение компенсации в этом случае не обязательно.

Последствия замыкания

Растекание тока в сетях с изолированной нейтралью возможно лишь через провод, находящийся в прямом контакте с грунтом. Самый близкий пример такой ситуации – искусственный заземлитель.

Стекание тока

Аварийное замыкание фазы на грунт приводит к тому же эффекту, в результате которого происходит резкое уменьшение потенциала проводника относительно земли.

В указанной ситуации такой провод формально превращается в одиночный заземлитель.

Напряжение в точке контакта понижается до значения, соответствующего произведению протекающего через неё тока на величину сопротивления почвы его растеканию.

Популярные статьи  Переходные процессы в цепях переменного тока, законы коммутации, резонансные явления

Это явление очень полезно с точки зрения уменьшения опасности при случайном повреждении линии. Одновременно с этим понижение потенциала фазы приводит к ряду нежелательных последствий.

Одно из негативных последствий – эффект распределения потенциала по поверхности земли вблизи от зоны контакта. Вследствие этого в точках, по-разному удалённых от заземляющей конструкции, появляются различные по величине потенциалы, образующие перепады напряжения, опасные для попавших в эту зону людей.

Это обстоятельство послужило причиной введения такого показателя, как «напряжение шага», определяемого разностью потенциалов между его ступнями при передвижении в границах опасной зоны.

В связи с тем, что снижение потенциала по мере удаления от точки контакта происходит по экспоненте – максимальное напряжение шага наблюдается вблизи от неё. Минимум этой величины проявляется на участках, достаточно удаленных от эпицентра аварии.

Характер распределения тока замыкания на землю, величина сопротивления растеканию и распределение потенциалов на опасном участке – все эти показатели зависят от геометрических параметров образовавшегося соединения. Существенное влияние на них оказывает и состояние грунта в момент аварии (повышенная влажность, сухость или другие факторы).

Возникновение дуги

Ещё одним последствием замыкания фазного проводника на землю является образование электрической дуги, в процессе горения которой выделяется большое количество тепла и наблюдается ионизация воздуха. Это создаёт условия, способствующие появлению в линейных межфазных цепях короткого замыкания.

Прерывистый характер дуги, образующейся при замыкании на землю, приводит к появлению значительных перенапряжений величиной до 3,2 Uф.. С целью снижения амплитуды ёмкостных токов, увеличения времени восстановления напряжения на аварийной фазе, а также ограничения перенапряжений при последующих зажиганиях дуги в цепях устанавливается специальный дугогасящий реактор.

Защита, реагирующая на наложенный ток.

Для повышения устойчивости функционирования защит от однофазных замыканий на землю, реагирующих на ток замыкания не промышленной частоты, была разработана защита, реагирующая на наложенный ток. Наложенный ток может быть частотой как выше промышленной, так и ниже. Для создания тока повышенной частоты возможно использование нелинейного сопротивления, включенного между нейтралью сети и землёй. Однако данное устройство значительно повышает стоимость таких защит и может снизить надёжность функционирования защиты. Также можно отметить тот факт, что значительная высокочастотная составляющая может присутствовать в токах присоединений и в нормальном режиме. Это в первую очередь относится к сетям, связанным с производствами, имеющими нелинейную нагрузку. В таких случаях описанный способ защиты непригоден. Кроме того, как показывают некоторые исследования, гармоники с частотой 100 Гц появляются почти в 2 раза чаще, чем, например, с частотой 25 Гц и амплитуды их намного больше.

К основным недостаткам защит, реагирующих на наложенный ток частотой ниже промышленной, можно отнести необходимость подключения в нейтрали сети специального устройства для создания контрольного тока, влияние на устойчивость функционирования защиты погрешностей ТТНП, возрастающих при уменьшении рабочей частоты, усложнение схемы первичной коммутации из-за необходимости подключения источника наложенного тока и трудности подключения источника вспомогательного тока при использовании в сети нескольких ДГР, установленных на разных объектах. Также не исключены сложности отстройки от естественных гармонических составляющих при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ, при которых спектр тока зависит от параметров сети и режима заземления её нейтрали, положения точки ОЗЗ в сети.

Защиты на централизованном принципе лишены недостатков индивидуальных защит, таких как ложные срабатывания, связанные с переходными процессами на неповрежденных линиях. В централизованных защитах в основном применяют сравнение амплитудных или действующих значений токов нулевой последовательности. Поврежденный фидер определяется на основе сравнения токов нулевой последовательности по всем присоединениям и выборе присоединения с максимальным током нулевой последовательности. Расчет этих значений может проводиться как в начальный момент времени, то есть, основываясь на переходных величинах замыкания, так и в установившемся режиме. Кроме того, возможно применение высших гармонических составляющих токов нулевой последовательности либо наложенного тока с частотой, отличной от промышленной. Для расширения области применения на подстанциях с большим числом присоединений, возможно введение в такие защиты дополнительной информации, которая позволяет произвести отстройку от действия в некоторых сложных режимах, например, получение информации о напряжении нулевой последовательности с другой секции шин подстанции может повысить чувствительность.

Расчет емкостного тока замыкания на землю воздушной линии

Емкостной ток ВЛ может быть приближенно определен по формуле :

где: U – напряжение сети, кВ (6, 10 или 35 кВ); l – длина линии, км.

Для линий 6-10 кВ, а также линий 35 кВ без тросов принимается коэффициент 2,7; для линий 35 кВ на деревянных опорах с тросами – 3,3; на металлических опорах с тросами – 3,0.

Емкостный ток двухцепной линии может быть определен по формуле:

где: Iс.вл – емкостный ток одноцепной ВЛ, А

Увеличение емкостного тока сети за счет емкости оборудования подстанций может ориентировочно оцениваться для воздушных и кабельных сетей 6-10 кВ – на 10%, для воздушных сетей 35 кВ – на 12%.

Для кабельных сетей 35 кВ увеличение емкостного тока за счет оборудования подстанций учитывать не следует.

Недостаточная точность аналитического метода определения емкостных токов замыкания на землю и напряжений несимметрии реальных воздушных линий электропередачи определяет применение расчетов только для предварительной оценки параметров проектируемых сетей, а также перед прямыми их измерениями.

Справочные данные по емкостным токам однофазного замыкания на землю кабельных линий

Ниже приведены некоторые данные с каталогов заводов-изготовителей кабельной продукции и различной литературы.

Завод Южкабель, кабели из сшитого полиэтилена

Кабели из сшитого полиэтилена Nexans

Ток замыкания на землю: что это такое, путь протекания, величина, расчет, мера защиты

Емкостные токи кабельных линий согласно СТП 09110.20.187-09. Методические указания по заземлению нейтрали сетей 6-35 кВ через резистор

Таблица Г.1 – Емкостные токи замыкания на землю кабелей с секторными жилами и поясной изоляцией

Сечение, мм 2 Ток замыкания на землю, А/км
Кабели 6 кВ Кабели 10 кВ
16 0,37 0,52
25 0,46 0,62
35 0,52 0,69
50 0,59 0,77
70 0,71 0,90
95 0,82 1,00
120 0,89 1,10
150 1,10 1,30
185 1,20 1,40
240 1,30 1,60
300 1,50 1,80

Таблица Г.2 – Емкостные токи замыкания на землю кабелей с бумажной пропитанной изоляцией

Сечение, мм 2 Ток замыкания на землю, А/км
Кабели 20 кВ Кабели 35 кВ
25 2,0
35 2,2
50 2,5
70 2,8 3,7
95 3,1 4,1
120 3,4 4,4
150 3,7 4,8
185 4,0 5,2

Таблица Г.3 – Емкостные токи замыкания на землю кабелей с пластмассовой изоляцией

Сечение, мм 2 Ток замыкания на землю, А/км
Кабели 6 кВ Кабели 10 кВ Кабели 35 кВ
25 0,55 1,90 3,30
35 0,60 2,10 3,60
50 0,65 2,30 3,90
70 0,70 2,60 4,50
95 0,75 2,90 4,80
120 0,85 3,20 5,40
150 0,9 3,40 5,70
185 1,00 3,80 6,30
240 1,00 4,50 6,90
300 5,00 7,50
400 5,60 8,10
Примечания: 1) Три жилы кабелей 6кВ имеют общий металлический экран. 2) Каждая жила кабелей 10-35 кВ имеет отдельный металлический экран.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: