глава V
СЕТИ С ЭФФЕКТИВНЫМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ
Основные данные
Рассмотрим основные особенности работы сетей при эффективном заземлении нейтрали. Требуемое при таком заземлении ограничение напряжений на неповрежденных фазах до 0,8 номинального междуфазного напряжения сети или приблизительно 1,4 номинального фазного позволяет применять так называемые 80 %-ные грозозащитные разрядники, и, соответственно, существенно уменьшить стоимость изоляции сети.
Учитывая возможность повышения рабочего напряжения сети на 5 % номинального при выполнении условия эффективного заземления нейтрали [8], следует считать, что допустимое напряжение неповрежденной фазы при однофазном замыкании, отнесенное к ее рабочему фазному напряжению, не должно превышать
Заметим, что при допущении более высокого напряжения на фазах заземление нейтрали должно считаться неэффективным, так как пришлось бы применить 115 %-ные разрядники.
Частный случай эффективного заземления нейтрали — глухое заземление. При эффективном (глухом) заземлении нейтрали замыкание фазы на землю является, по существу, однофазным к. з. Тяжелым аварийным режимом является также двух- или трехфазное к. з. на землю. Однако при таких к. з. напряжения на неповрежденных фазах, а также токи к. з. оказываются меньшими, чем при однофазных замыканиях на землю. Поэтому двух- и трехфазные к. з. на землю нами не рассматриваются.
Обычно в электрических сетях с эффективно заземленной нейтралью для ограничения тока однофазного к. з. заземляют нейтрали не всех, а лишь части силовых трансформаторов. Для той же цепи в некоторых случаях нейтрали трансформаторов заземляют через дополнительное активное или индуктивное сопротивление (подробнее см. параграф 2 гл. VIII).
Рис. 22. Упрощенная схема сети с эффективным заземлением нейтрали при однофазном замыкании на землю.
При эффективном заземлении нейтрали поперечная проводимость сети Z0 (см. рис. 4) весьма незначительно влияет на процессы замыкания на землю. Поэтому можно с достаточной точностью принять Z0=∞. Учитывая основные уравнения (1.3) — (1.8) и схемы замещения, приведенные на рис. 5, можно написать следующие выражения:
Следует подчеркнуть, что в последних выражениях Z0 представляет собой комплексное сопротивление нулевой последовательности сети за вычетом утроенного заземляющего сопротивления 3Z или, что то же, сопротивление нулевой последовательности сети при глухом заземлении ее нейтрали.
Схема сети с эффективно заземленной нейтралью представлена на рис. 22. Соответствующие схемы замещения трех последовательностей не отличаются от рассмотренных на рис. 5, б. На рис. 23 построены векторные диаграммы токов и напряжений фаз относительно земли, возникающих в месте повреждения при заземлении нейтрали через резистор (Z= R) и при металлическом однофазном замыкании на землю (R = 0).
Ряс. 23. Векторные диаграммы токов и напряжений в месте замыкания на землю в сети с эффективным заземлением нейтрали (R = 0; Zн=Rн=1; x0= 2):
а— ток поврежденной фазы и его симметричные составляющие; б — ЭДС эквивалентного генератора в поврежденной фазе и ее составляющие; в — симметричные составляющие напряжений трех фаз: г — построение результирующих напряжений
трех фаз.
При построении этих диаграмм мы пренебрегли токами нагрузки сети и приняли, что сопротивления прямой и обратной последовательностей сети, а также ее сопротивление нулевой последовательности за вычетом Rн
ЯВЛЯЮТСЯ ЧИСТО индуктивными (Z1=Z2=jХ1, Z0 = jx0). Отношения абсолютных значений сопротивлений Rн, х2, х0 к абсолютному значению х1 приняты следующими: Rн/x1=1;
х2/х1=1; х20/x1=2.
На рис. 23, а представлены векторные диаграммы тока поврежденной фазы Iа и его симметричных составляющих.
Как показано в гл. I, составляющие IA1, IA2, IA0 равны между собой независимо от режима нейтрали сети. На рис. 23, б изображены создаваемые этими составляющими одноименные падения напряжения в индуктивных сопротивлениях фазы А сети, а также падение напряжения в сопротивлении резистора, вызываемое током нулевой последовательности. Согласно выражению (1.3) сумма перечисленных падений напряжения равна ЭДС эквивалентного генератора Eф = ЕА. Как видно из диаграммы, напряжение прямой последовательности поврежденной фазы UΑ1 определяется как разность EА— jx1IA1, а напряжения обратной и нулевой последовательностей — как падения напряжений от одноименных токов в сопротивлениях jx2 и jx0, взятые с обратным знаком. На рис. 23, в отдельно показаны составляющие напряжений трех последовательностей фаз А, В, С, а на рис. 23, г приведено геометрическое построение, в результате которого получены напряжения трех фаз UА, UВ, Uв (напряжение UА=0). Как видно из этой диаграммы, модуль напряжения неповрежденной фазы Uс превышает модуль напряжения другой неповрежденной фазы Uв.
Следует заметить, что по мере удаления от места замыкания на землю к источнику ЭДС (см. рис. 22) напряжения Uв, Uс уменьшаются, а напряжение Uа возрастает. На зажимах источника А, В, С (при его внутренних сопротивлениях, равных нулю) составляющие прямой последовательности этих напряжений относительно нейтрали равны симметричным ЭДС Еа, Ев, Ес как при нормальном режиме работы, а составляющие обратной последовательности равны нулю.
К основным показателям сети с эффективным заземлением нейтрали относятся возникающие при замыкании фазы на землю в заданной точке напряжения рабочей частоты на неповрежденных фазах и на нейтрали, а также отношение тока однофазного к. з. на землю к току симметричного трехфазного к. з. в той же точке т.
Для расчета этих показателей необходимо предварительно определить возможные соотношения между продольными сопротивлениями прямой, обратной и нулевой последовательностей основных элементов сети и ее результирующими сопротивлениями.
