Справочник по проектированию подстанций - Токи замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю одной фазы, как правило, не приводит к появлению сверхтоков, поэтому не требуется немедленного отключения поврежденного участка. В случае замыкания на землю, например фазы А (рис. 3.8) через место аварии проходит ток, который замыкается как зарядный через емкостные проводимости относительно земли неповрежденных фазовых проводов. Емкостная проводимость поврежденной фазы шунтируется рассматриваемым замыканием, и ток в фазе А справа от места замыкания равен нулю.
Ток замыкания на землю определяется по формуле

где Uф - среднее значение напряжения рассматриваемой ступени напряжения; Хс0 - суммарное емкостное сопротивление нулевой последовательности.

Рис. 3. 8. Схема протекания тока замыкания на землю
Для воздушной трехфазной линии без троса:

где- средний геометрический радиус системы трех проводов
линии; Dот= 2(hA +hB + hc/3) - среднее расстояние от проводов фаз А, В и С до зеркальных отражений относительно поверхности земли.
Для трехжильного кабеля с круглыми жилами

где r - радиус жилы; В и b -толщины соответственно фазной и поясной изоляции.
Основными недостатками систем с изолированной нейтралью являются повышенные капитальные вложения, вызываемые требуемым уровнем изоляции электроустановок из-за увеличения напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного напряжения установки при однофазном замыкании на землю и возможность замыкания фазы на землю через электрическую дугу и появления перемежающихся дуг, имеющих при определенных условиях устойчивый характер и вызывающих перенапряжения (превосходящие в 2,5-3 раза нормальное фазное напряжение), которые распространяются на вcю электрически связанную сеть.
Возникновение электрической дуги в месте замыкания на землю может повредить электрооборудование и вызвать двух- и трехфазные КЗ, а перенапряжения могут привести к пробою изоляции и образованию КЗ в частях установок с ослабленной изоляцией.
Указанные недостатки ограничивают область применения систем с изолированной нейтралью системами 3-35 кВ, где емкостный ток однофазного замыкания на землю имеет следующие значения:
в сетях 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на ВЛ, и во всех сетях 35 кВ - не более 10 А;
в сетях не имеющих железобетонных и металлических опор на ВЛ, при напряжении 3-6 кВ - не более 30 А; при 10 кВ - не более 20 А; при 15-20 кВ - не более 15 А;
в сетях 6-20 кВ блоков генератор - трансформатор (на генераторном напряжении) - не более 5 А.
Если ток замыкания на землю превышает приведенные выше значения, необходимо предусматривать его компенсацию путем включения в нейтраль генератора или трансформатора заземляющего дугогасящего реактора (рис. 3.9, а).
В этом случае при однофазном замыкании на землю (рис. 3.9, б) через место замыкания протекают токи: индуктивный ток реактора IL и емкостный

Рис. 3.9. Схема компенсации тока замыкания на землю
Таблица 3.4. Технические характеристики заземляющих дугогасящих реакторов серии РЗДСРОМ

ток замыкания на землю 1С, которые различаются по фазе на 180° и, следовательно, частично компенсируют друг друга; результирующий ток
Iрез = Il-Ic.
Однако выполнить условие Iрез= 0 практически очень сложно, так как, во-первых, даже при полной компенсации емкостного тока замыкания на землю через место аварии течет так называемый остаточный ток, обусловленный активной проводимостью катушки, активными токами утечки и др., во-вторых, периодические включения и отключения отдельных линий системы приводят к постоянным изменениям емкостного тока сети, в-третьих, для четкого срабатывания устройств релейной защиты, реагирующей на однофазные замыкания на землю, необходимо, чтобы ток замыкания на землю был больше тока срабатывания защиты.
Технические данные заземляющих дугогасящих реакторов приведены в табл. 3.4.