ГЛАВА III
СЕТЬ С ЗАЗЕМЛЕНИЕМ НЕЙТРАЛИ ЧЕРЕЗ ВЫСОКООМНОЕ АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Основные данные
Рассмотрим заземление нейтрали через достаточно большое сопротивление, при котором сеть работает с небольшим током замыкания на землю. Указанное заземление нейтрали выполняется включением между нейтральной точкой какого-либо элемента оборудования сети (обычно силового трансформатора) и землей высокоомного резистора либо дополнительного однофазного трансформатора с резистором во вторичной цепи. Возможно также включение резистора в цепь вторичных обмоток трехфазного трансформатора или группы из трех однофазных трансформаторов, причем их вторичные обмотки соединяются в разомкнутый треугольник. При такой схеме отпадает необходимость в использовании выведенной нейтрали оборудования.
В некоторых случаях в сетях 6—10 кВ с небольшим емкостным током замыкания на землю применяется заземление нейтрали через трехфазный трехобмоточный трансформатор напряжения типа НТМИ с замкнутой накоротко вторичной обмоткой, соединенной в треугольник [93, 97].
Следует отметить, что все перечисленные варианты заземлений с использованием дополнительных трансформаторов эквивалентны непосредственному заземлению нейтрали через высокоомный резистор Ζ= R, чему соответствует схема замещения, представленная на рис. 13, а.
В рассматриваемых сетях с заземлением нейтрали через высокоомное активное сопротивление, как и в сетях с изолированной нейтралью, возможны броски свободного емкостного тока замыкания на землю. Однако ориентировочно при на фазах сети, согласно экспериментальным данным, не накапливаются статические заряды (они после обрыва дуги стекают в землю через сопротивление). Поэтому дуга может иметь прерывистый, но не перемежающийся характер, и броски тока достигают меньшей кратности, чем при изолированной нейтрали сети.
Напряжения нейтрали и фаз сети относительно земли
Как показано в работе [100], весьма эффективным способом предотвращения тяжелого исхода в случае прикосновения человека к токоведущей части является быстродействующее замыкание на землю соответствующей (будем ее условно называть «поврежденной») фазы на шинах питающей подстанции. Необходимым элементом оборудования для такого замыкания является устройство автоматического выбора поврежденной фазы. Такое устройство должно реагировать на изменение напряжений фаз и нейтрали относительно земли при прикосновении человека к одной из фаз. Например, согласно предложению, данному в работе [119], оно контролирует разность напряжений поврежденной и опережающей ее фаз.
В связи с применением подобных устройств важно определить, как изменяются напряжения фаз, а также нейтрали сети относительно земли. Все эти напряжения зависят от токов и могут рассчитываться по условиям установившегося процесса замыкания на землю.
Для выяснения закономерностей изменения напряжений нейтрали и фаз в зависимости от токов на рис. 15 по выражениям (III.11)—(III.16) построены соответствующие кривые при большом и малом токах равных 2 и 0,1 (штриховые кривые). На этих кривых видно, что с увеличением тока напряжение Uн понижается, а UА сначала уменьшается до некоторого минимума, а затем возрастает. Напряжение Uв при небольшом токе Iтм возрастает, а при большом Iтм, уменьшается.
Напряжение Uс. независимо от Iт.м. при возрастании Iам. снижается. Важно отметить, что во всех случаях напряжение опережающей фазы Uс, превышает напряжения Uв и UА, а напряжение отстающей фазы Uв. при небольших токах Iт и Iaм, мало отличается от напряжения Vа и может оказаться даже меньше, чем напряжение Uа. Очевидно, напряжение U с. равно коэффициенту замыкания на землю (см. предисловие).
По имеющимся данным, при заземлении нейтрали через высокоомное активное или активно-индуктивное сопротивление и дополнительном токе замыкания на землю, не превышающем 0,1Iо переходные процессы замыкания на землю мало отличаются от имеющих место при полностью изолированной нейтрали. При таком заземлении не исключена возможность возникновения в сети перемежающихся заземляющих дуг и перенапряжений, почти таких же, как в сети с изолированной нейтралью При больших значениях I, порядка (0,5—1)Iс, вероятная кратность перенапряжений на неповрежденных фазах снижается до 2,1. Заметим, что еще в 1918 г. В Петерсен дал формулу для выбора сопротивления, ограничивающего перенапряжения, R=(1:2,5) Этому условию соответствует Iа= (0,4:1)Ic.
Преимущества и недостатки заземления нейтрали сети через высокоомное активное сопротивление
При заземлении нейтрали сети через высокоомное активное сопротивление
достигаются следующие преимущества по сравнению с полностью изолированной нейтралью сети. Практически предотвращается возможность возникновения перемежающихся дуг при однофазном замыкании на землю. Благодаря этому ограничивается повышение напряжений на поврежденной и неповрежденных фазах, возможное при неустойчивом (прерывистом) дуговом замыкании на землю, и, как следствие, снижается вероятность замыканий на землю разноименных фаз в разных точках сети. Уменьшается также кратность бросков свободного емкостного тока, а установившийся ток замыкания на землю практически не возрастает. Кроме того, облегчаются условия автоматического выбора поврежденной фазы, необходимого при использовании для обеспечения электробезопасности устройств АЗФ. Рассматриваемое заземление нейтрали через активное сопротивление эффективно способствует также предотвращению феррорезонансных явлений в сети (см. гл. VI и VII).
Наряду с перечисленными преимуществами следует иметь в виду конструктивные затруднения, с которыми приходится сталкиваться при осуществлении заземления нейтрали через активное сопротивление, в особенности при значительном емкостном токе сети. Отметим, что рассмотренный режим заземления нейтрали при токах замыкания на землю 15 А и выше требует обеспечения резервного электроснабжения ответственных потребителей. Ячейка выключателя каждой линии должна оборудоваться устройством автоматического повторного включения (АПВ) и защитой, действующей на отключение. Поэтому следует считать основной областью применения такого заземления сети с небольшим емкостным током замыкания на землю (ориентировочно до 10 А).
До настоящего времени заземление нейтрали через высокоомное активное сопротивление, несмотря на его бесспорные преимущества, применяется лишь в редких случаях, что, по нашему мнению, неправильно.
